Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Der Tiefsee auf der Spur

07.09.2011
Publikation in "Science" zum Stoffwechsel ozeanischer Bakterien

Die Tiefsee ist der größte und am wenigsten erforschte Lebensraum der Erde. Dort hat Gerhard J. Herndl, Meeresbiologe an der Universität Wien, erstmals Bakterien entdeckt, die wie Pflanzen das Enzym Ribulose-Biphosphat-Karboxylase (RuBisCO) besitzen.

Dieses Enzym spielt bei der Photosynthese der Pflanzen eine wichtige Rolle, sie wandeln damit Kohlendioxid in organischen Kohlenstoff und Biomasse um. Bei den neu entdeckten Tiefsee-Bakterien dient jedoch nicht Sonnenlicht als Energiequelle, sondern sie ernähren sich von Schwefelverbindungen. Die aktuellen Forschungsergebnisse sind in der renommierten Fachzeitschrift "Science" erschienen.

Die Tiefsee – ein riesiger Wärmepuffer und Kohlenstoffspeicher – spielt eine entscheidende Rolle beim Klimawandel. Gerhard J. Herndl, Professor für Meeresbiologie/aquatische Biologie an der Universität Wien und ausgezeichnet mit einem ERC Advanced Grant 2010 und dem Wittgenstein-Preis 2011, ist den Rätseln des dort vorherrschenden Kohlenstoffkreislaufes auf der Spur. Etwa zwei Drittel aller Mikroorganismen des Meeres finden sich in der dunklen Region des Ozeans unterhalb von 200 m Tiefe, wo es kein Sonnenlicht gibt.

Der überwiegende Teil dieser Mikroben der Tiefsee ernährt sich von abgestorbenen organischen Partikeln, die als pflanzliches Plankton im sonnendurchfluteten Wasser der obersten 150 m der Ozeane produziert werden und als organischer Partikel-Regen ins Tiefenwasser absinkt. "Wie alle Pflanzen wandelt auch das pflanzliche Plankton, das sogenannte Phytoplankton, Kohlendioxid mit Hilfe von Sonnenlicht in organische Verbindungen um. Bei diesem Prozess – bekannt als Photosynthese – spielt das Enzym Ribulose-Biphosphat-Karboxylase (RuBisCO) eine wesentliche Rolle", erklärt Herndl.

Nitrifizierer: Kohlendioxid-fixierende Mikroben

Sogenannte heterotrophe Mikroorganismen nehmen organisches Material auf, um neue Zellen zu bilden. Der überwiegende Teil des aufgenommenen organischen Materials wird aber in anorganisches Material umgewandelt und als Nährstoffe und Kohlendioxid in das Wasser abgegeben. Nur wenige Mikroorganismen im finsteren Tiefwasser der Ozeane können so wie das Phytoplankton aus Kohlendioxid organische Kohlenstoffverbindungen herstellen. Die am besten untersuchten Kohlendioxid-fixierenden Mikroben der Tiefsee sind die sogenannten Nitrifizierer, die Ammonium in Nitrat umwandeln und durch diesen Prozess ihre Energie gewinnen.

Hohe Kohlendioxid-Fixiering im tiefen Ozean

Messungen der Kohlendioxid-Fixierung im Atlantik haben allerdings ergeben, dass die Kohlendioxid-Fixierung um ein Vielfaches höher ist, als durch die Umwandlung von Ammonium zu Nitrit und nachfolgend zu Nitrat erklärt werden kann. Herndl schlussfolgert daraus: "Es muss also weitere, bisher unbekannte Mikroorganismen im ozeanischen Tiefenwasser geben, die Kohlendioxid in organische Verbindungen umwandeln. Dazu benötigen sie eine zum Sonnenlicht alternative Energiequelle, die nur von chemischen Verbindungen stammen kann."

Schwefelverbindungen als Energiequelle

Ribulose-Biphosphat-Karboxylase (RuBisCO) ist das häufigste Protein auf der Erde, weil es in allen Pflanzen vorkommt und als Enzym bei der Photosynthese verwendet wird. Genau dieses Enzym konnte nun erstmals in Bakterien, die sich in Wassertiefen von 200 bis 3.000 m – jenseits von jeglichem Sonnenlicht – befinden, nachgewiesen werden. "Diese autotrophen Mikroben beziehen ihre Energie offenbar aus Schwefelverbindungen. Wir konnten entsprechende Gene in den Mikroben finden", so Meeresbiologe Herndl.

In sauerstofflosen Lebensräumen nutzen anaerobe Mikroorganismen

Schwefelverbindungen als Energiequelle, so z.B. im Boden von seichten Gewässern und Meeren sowie in speziellen sauerstofflosen Regionen des Freiwassers wie in den Tiefen der Ostsee oder des Schwarzen Meeres. In den weiten Bereichen des offenen Ozeans, wie dem Pazifik oder dem Atlantik, gibt es jedoch genügend Sauerstoff zum Veratmen.

Trotzdem fand das internationale WissenschafterInnenteam eine Vielzahl von Bakterien in den sauerstoffhaltigen Regionen des Pazifiks und Atlantiks, die als Energiequelle Schwefelverbindungen oxidieren und Kohlendioxid in Biomasse umwandeln. Herndl und sein Team konnten aufzeigen, dass eine Gruppe von Bakterien, die sowohl das Gen für RuBisCO als auch jenes zur Oxidation von Schwefelverbindungen besitzt, vorwiegend auf Partikel in der Tiefsee vorkommen. Der Meeresbiologe vermutet folgendes: "Diese Millimeter bis Zentimeter großen Partikel, die mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 m pro Tag in die Tiefsee rieseln, könnten in ihrem Inneren sauerstofflos sein. Somit könnten in einer sauerstoffhältigen Umgebung sauerstofflose Mikrozonen im Inneren von Partikeln existieren."

Internationale Hightech-Forschung

Diese überraschenden Ergebnisse wurden durch eine Kombination von verschiedenen mikrobiologischen und molekularen Methoden erbracht. Die Genanalyse von Bakterienzellen wurde vom "Bigelow Laboratory for Ocean Sciences" in Maine/USA vorgenommen, während die Gruppe um Herndl die Kohlenstoff-Fixierung dieser Bakterien nachwies. Die Befunde zeigen, wie wenig bisher über die vielfältigste Lebensform der Erde, die Mikroorganismen, bekannt ist. Die nun publizierten Forschungsergebnisse sind ein wesentlicher Schritt zu einem besseren Verständnis der Prozesse in der Tiefsee. Gefördert wurde das Projekt vom Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF), von der European Science Foundation (ESF), der US-amerikanischen National Science Foundation (NSF), der Gordon & Betty Moore Foundation und der Niederländischen Forschungsorganisation (NWO).

Im Herbst dieses Jahres wird der renommierte Meeresbiologe und sein Team, finanziert über ein ERC Advanced Grant, ein FWF-Projekt und dem Wittgenstein-Preis, zu einer weiteren einmonatigen Forschungsfahrt in den Nordatlantik aufbrechen.

Publikation
Potential for Chemolithoautotrophy Among Ubiquitous Bacteria Lineages in the Dark Ocean. Brandon K. Swan, Manuel Martinez-Garcia, Christina M. Preston, Alexander Sczyrba, Tanja Woyke, Dominique Lamy, Thomas Reinthaler, Nicole J. Poulton, E. Dashiell P. Masland, Monika Lluesma Gomez, Michael E. Sieracki, Edward F. DeLong, Gerhard J. Herndl, Ramunas Stepanauskaus. In: Science, September 1, 2011.
Wissenschaftlicher Kontakt
Univ.-Prof. Dr. Gerhard J. Herndl
Leiter des Departments für Meeresbiologie
Universität Wien
1090 Wien, Althanstraße 14 (UZA I)
T +43-1-4277-57100
gerhard.herndl@univie.ac.at
Rückfragehinweis
Mag. Veronika Schallhart
Öffentlichkeitsarbeit
Universität Wien
1010 Wien, Dr.-Karl-Lueger-Ring 1
T +43-1-4277-175 30
M +43-664-602 77-175 30
veronika.schallhart@univie.ac.at

Veronika Schallhart | Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.univie.ac.at
http://www.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.1203690

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Sollbruchstellen im Rückgrat - Bioabbaubare Polymere durch chemische Gasphasenabscheidung
02.12.2016 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht "Fingerabdruck" diffuser Protonen entschlüsselt
02.12.2016 | Universität Leipzig

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie