Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein Wasserstoff-Highway in der Tiefsee

11.08.2011
Weltweit wird nach Wegen gesucht, wie der steigende Energiebedarf unserer Gesellschaft umweltfreundlicher gedeckt werden kann. Ein vielversprechender Ansatz scheint der Einsatz Wasserstoff-betriebener Brennstoffzellen zu sein.

Während auf diesem Gebiet erhebliche Forschungsanstrengungen unternommen werden, hat die Natur lebende „Brennstoffzellen“ bereits in Betrieb genommen: Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für marine Mikrobiologie und ihre Kollegen vom Exzellenzcluster MARUM an der Universität Bremen entdeckten im Rahmen von Forschungsfahrten zu heißen Quellen in der Tiefsee Muscheln, die ihre eigenen Wasserstoff-betriebenen Brennstoffzellen „an Bord“ haben – und zwar in Form symbiotischer Bakterien. Die Fähigkeit, Wasserstoff als Energiequelle zu nutzen, sei bei den Lebensgemeinschaften an Tiefseequellen vermutlich weit verbreitet, schreiben die Forscher in der aktuellen Ausgabe des Fachblatts Nature.


An den Schwarzen Rauchern in 3000 Meter Tiefe gedeihen ungewöhnliche Lebensgemeinschaften.
Foto: MARUM


Muschelfelder um die hydrothermalen Quellen herum erreichen eine Ausdehnung von einigen hundert Quadratmetern.
Foto: MARUM

Heiße Quellen in der Tiefsee entstehen an den Verschiebungszonen der Erdplatten, dort, wo Magma in die obere Erdkruste aufsteigt und Seewasser mit dem hoch erhitzten Magma in Kontakt kommt. Das erhitzte Seewasser löst Mineralien aus der Erdkruste, und tritt mit bis zu 400 Grad Celsius an den sogenannten Schwarzen Rauchern wieder aus. So gelangen Schwefelwasserstoff, Ammonium, Methan, Eisen oder Wasserstoff ins Meer. Aus der Oxidation dieser anorganischen Verbindungen gewinnen die Organismen Energie, um Kohlenhydrate aufzubauen. Da in die Tiefen des Ozeans kein Sonnenlicht vordringt, müssen chemische Reaktionen diese Energie liefern. In Analogie zur Fotosynthese spricht man daher von Chemosynthese.

Chemosynthetische Mikroorganismen bilden die Existenzgrundlage für einzigartige Lebensgemeinschaften an den heißen Quellen der Tiefsee. Denn viele, bis vor kurzem noch vollkommen unbekannte Arten von Würmern, Weichtieren und Gliederfüßern können dort nur überleben, weil sie symbiotische Beziehungen mit Bakterien eingegangen sind und somit quasi ihr eigenes Kraftwerk betreiben. Bislang waren allerdings nur zwei Quellen bekannt, aus denen die jeweiligen symbiotischen Mikroorganismen Energie gewinnen: Schwefelwasserstoff und Methan. „Wir haben jetzt eine dritte Quelle entdeckt", sagt die Leiterin des Forschungsprojektes Nicole Dubilier vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie in Bremen.

In 3 000 Meter Tiefe am Mittelatlantischen Rücken, einem untermeerischen Gebirgszug, befindet sich auf halber Strecke zwischen der Karibik und den Kapverdischen Inseln das Logatchev-Hydrothermalfeld. In einer Reihe von Forschungsfahrten registrierten die Forscher hier die höchsten jemals an heißen Quellen gemessenen Konzentrationen an Wasserstoff. „Nach unseren Berechnungen bringt die Oxidation von Wasserstoff dort siebenmal mehr Energie als die Methanoxidation und bis zu 18-mal mehr Energie als die Oxidation von Sulfid", erklärt Dubiliers Mitarbeiterin Jillian Petersen.

In den Kiemen der dort lebenden Tiefseemuschel Bathymodiolus puteoserpentis entdeckten die Wissenschaftler dann erstmals ein Schwefel-oxidierenden Symbionten, der auch Wasserstoff einsetzen kann, um Energie und Nahrung zu gewinnen. Um diesen mikrobiellen Wasserstoff-betriebenen „Brennstoffzellen" der Tiefseemuschel auf die Spur zu kommen, waren die Forscher auf die Tiefseeroboter MARUM-QUEST vom MARUM und Kiel 6000 vom IFM-GEOMAR angewiesen. Damit sammelten sie Proben in mehreren tausend Meter Tiefe. Mittels molekularbiologischer Methoden gelang es ihnen anschließend eines der Schlüsselgene für die Wasserstoff-Oxidation nachzuweisen und den Wasserstoff-Verbrauch experimentell zu bestimmen.

Muschelfelder um die hydrothermalen Quellen herum erreichen eine Ausdehnung von einigen hundert Quadratmetern, auf denen sich dann bis zu einer halben Millionen Individuen tummeln. „Unsere Experimente deuten darauf hin, dass die Muschelpopulation im Logatchev-Hydrothermalfeld bis zu 5000 Liter Wasserstoff pro Stunde oxidiert", rechnet Frank Zielinski vor, der in der Bremer Arbeitsgruppe von Dubilier promoviert hat und inzwischen am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig forscht. Die bakteriellen Untermieter der Muscheln spielen demnach eine beachtliche Rolle als Primärproduzenten und bei der Umwandlung von geochemischer Energie in Biomasse. „Entlang der mittelozeanischen Rücken gibt es so etwas wie einen „Wasserstoff-Highway" mit Zapfstellen für die symbiotische Primärproduktion - das sind die Hydrothermalquellen", sagt Jillian Petersen.

Auch die Symbionten anderer an den Hydrothermalquellen lebenden Tiere, wie die des Röhrenwurms Riftia pachyptila oder die Garnele Rimicaris exoculata, besitzen dieses Schlüsselgen. „Wir gehen deshalb davon aus, dass die Fähigkeit, Wasserstoff als Energiequelle zu nutzen, unter diesen symbiotischen Gemeinschaften weit verbreitet ist, und zwar selbst dort, wo der Wasserstoff in nur sehr geringen Mengen vorkommt", so Nicole Dubilier.

http://www.ufz.de/index.php?de=22008
http://www.mpg.de/4390410/Wasserstoff_Symbionten
Originalpublikation:
Jillian M. Petersen, Frank U. Zielinski, Thomas Pape, Richard Seifert, Cristina Moraru, Rudolf Amann, Stephane Hourdez, Peter R. Girguis, Scott D. Wankel, Valerie Barbe, Eric Pelletier, Dennis Fink, Christian Borowski, Wolfgang Bach, Nicole Dubilier (2011): Hydrogen is an energy source for hydrothermal vent symbioses. Nature 474, 11 August 2011. doi: 10.1038/nature10325

http://www.nature.com/nature/index.html

Die Untersuchungen wurden von der Max Planck Gesellschaft und der DFG gefördert („Schwerpunktprogramm 1144: Vom Mantel zum Ozean: Energie-, Stoff- und Lebenszyklen an Spreizungsachsen" und Exzellenzcluster „Der Ozean im System Erde" am MARUM, Bremen).

Weitere Informationen erhalten Sie von:

Dr. Nicole Dubilier
Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie
Telefon: 0421 2028 932
Fax: 0421 2028 580
E-Mail: ndubiliempi-bremen.de
http://www.mpi-bremen.de/en/Nicole_Dubilier.html
Dr. Jillian Petersen
Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie
Telefon: 0421-2028-906
http://www.mpi-bremen.de/Jillian_Petersen.html
Dr. Frank Zielinski
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ)
Telefon: 0341-235-1373
http://www.ufz.de/index.php?de=14582
oder über
Tilo Arnhold (UFZ-Pressestelle)
Telefon: 0341-235-1635
http://www.ufz.de/index.php?de=640

Tilo Arnhold | UFZ News
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de
http://www.ufz.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Der steile Aufstieg der Berner Alpen
24.03.2017 | Universität Bern

nachricht Internationales Team um Oldenburger Meeresforscher untersucht Meeresoberfläche
21.03.2017 | Carl von Ossietzky-Universität Oldenburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise