Überlebensfähige Mikroben

Die Geoforscher Dr. Jens Kallmeyer und Rishi Ram Adhikari von der Universität Potsdam sind Mitautoren eines Artikels über die Stoffwechselaktivität von Mikroben in 86 Millionen Jahre alten Tiefseesedimenten (Aerobic microbial respiration in 86-Million-year-old Deep-Sea red Clay), der in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins „Science“ erscheint (Band 336, Seite 922).

Hauptautor ist Dr. Hans Røy von der Universität Aarhus, Dänemark. Mit der Studie konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass die Größe und Aktivität der mikrobiellen Gemeinschaft im Meeresboden unter extrem nährstoffarmen Bedingungen durch die Sedimentationsrate beziehungsweise die Menge des ins Sediment eingebrachten organischen Materials kontrolliert wird.

Etwa 40 Prozent der Weltmeere sind Gebiete mit extrem niedrigen Nährstoffkonzentrationen und Ablagerungsraten. Die neuen Erkenntnisse stellen daher einen großen Fortschritt für das Verständnis des Lebens in bisher unerforschten Bereichen der Erde dar.

Die Studie beruht auf Ergebnissen einer Expedition, die 2009 mit dem amerikanischen Forschungsschiff „R/V Knorr“ durchgeführt wurde. Die 43-tägige Expedition ging von Costa Rica an den Galapagos Inseln vorbei bis nach Hawaii. Während das Wasser im äquatorialen Pazifik relativ nährstoffreich ist, sind die Gebiete nördlich und südlich davon extrem nährstoffarm. Hawaii liegt im sogenannten Nordpazifischen Wirbel, der nach dem südpazifischen Wirbel das nährstoffärmste Meeresgebiet auf der Erde ist.

Die Nährstoffkonzentration im Wasser bestimmt die Menge an Plankton, welches sich in den oberen Metern der Wassersäule vermehrt. Ein Teil des Planktons sinkt nach dem Absterben bis auf den Meeresboden ab, wo es zusammen mit anderen Partikeln abgelagert wird. Die Ablagerungsgeschwindigkeit kann je nach Meeresgebiet stark schwanken und reicht von unter einem Zehntel Millimeter pro tausend Jahre bis zu mehreren Zentimetern pro Jahr.

In den auf der Expedition genommenen Sedimentkernen wurden neben vielen anderen chemischen und biologischen Parametern die Sauerstoffkonzentration und die Anzahl der Mikrobenzellen gemessen. Die Mikroben bauen das von der Wasseroberfläche nach unten sinkende tote Plankton ab, und verbrauchen dabei Sauerstoff. Normalerweise wird durch den Abbau des organischen Materials der Sauerstoff sehr schnell verbraucht, so dass er nur wenige Millimeter bis Zentimeter ins Sediment eindringt.

Durch die Messungen an den Kernen konnte gezeigt werden, dass sich die Eindringtiefe von Sauerstoff schlagartig von wenigen Zentimetern auf bis zu über 30 Meter vergrößert, sobald die Ablagerungsraten auf Werte von unter etwa einen Millimeter pro tausend Jahren sinken. Aufgrund der von Dr. Jens Kallmeyer und Rishi Ram Adhikari an Bord gemessenen Mikrobendichten war es möglich, die metabolische Aktivität pro Zelle zu berechnen. Diese bleibt ab einer Tiefe von wenigen Metern auf einem konstanten aber extrem niedrigen Wert.

Bisher war es nicht für möglich gehalten worden, dass Zellen bei so geringer Aktivität noch überleben können. Anscheinend handelt es sich bei diesen Werten um die absolute Untergrenze an der Leben noch möglich ist. Die Zellen benötigen alle vorhandenen Nährstoffe um sich zu erhalten, Zellteilung findet praktisch nicht mehr statt.