Die Landschaft der Antarktis ist nicht so eintönig, wie man vielleicht erwarten würde. Es gibt eine Vielzahl von Seen: Einige sind sehr salzhaltig und bleiben trotz außergewöhnlich niedriger Temperaturen flüssig, andere sind mit Süßwasser gefüllt und von einer immerwährenden Eisschicht bedeckt, wieder andere sind vollständig gefroren. Zu letzteren gehört der Enigma-See, ein unregelmäßiges, 140 000 Quadratmeter großes Gebiet im östlichen Teil des Weißen Kontinents (Viktorialand), das in den Wintermonaten regelmäßig Minusgraden von bis zu -41 °C ausgesetzt ist.

»Seit seiner Entdeckung waren Wissenschaftler immer davon überzeugt, dass dieser See von der Oberfläche bis zum Grund ein Eisblock ist und kein Leben enthalten kann«, erklärte Michail M. Yakimov vom Institut für Polarwissenschaften des Nationalen Forschungsrats (CNR-ISP), ein Mikrobiologe mit Erfahrung in extremen Umgebungen, gegenüber »Le Scienze«. Stattdessen entdeckten Wissenschaftler des CNR-ISP und des Nationalen Instituts für Geophysik und Vulkanologie (INGV) während der 35. italienischen Expedition in die Antarktis, die zwischen November 2019 und Januar 2020 stattfand, mit Hilfe von Radarmessungen, dass sich unter einer neun bis elf Meter dicken Schicht aus mehrjährigem Eis flüssiges Wasser befindet: eine mindestens zwölf Meter tiefe Säule mit einer ausgeprägten thermischen und chemischen Schichtung, die sehr arm an Nährstoffen ist.

»Von dieser Entdeckung fasziniert, setzten sie ein spezielles Bohrsystem ein, das es ihnen ermöglichte, auf sterile Weise in den See einzudringen und Proben zu entnehmen, ohne das Risiko einer Verschmutzung einzugehen, und es stellte sich heraus, dass der See eine Art Zeitkapsel ist, die die Geheimnisse uralten Lebens birgt«, so der Forscher weiter. Im Wasser leben zahlreiche verschiedene Mikroorganismen, die in einer von Yakimov selbst geleiteten Studie in der Fachzeitschrift Nature Communications Earth & Environment der Springer Group beschrieben werden. Diese stammen höchstwahrscheinlich von denjenigen ab, die im See lebten, bevor das Eis ihn von der Außenwelt abschloss, was vor sechs bis zwölf Millionen Jahren geschah.

Ein fossiler Fußabdruck – wenn auch ein lebender –, aber mit einer zeitgenössischen Wendung: Der See wächst durch das Schmelzen des nahe gelegenen Amorphous-Gletschers, sodass seine mikrobielle Gemeinschaft eine Mischung aus alten Organismen, die aus dem See selbst stammen, und Neuankömmlingen vom Gletscher sein könnte. Eine faszinierende Hypothese, die jedoch, wie die Autorinnen und Autoren des Artikels betonen, erst durch weitere Studien bestätigt werden muss.

Um die Mikroorganismen des Sees zu charakterisieren, sahen sich die Forschenden zunächst Unterwasservideos an, die an einigen der Bohrstellen aufgenommen worden waren. Die Aufnahmen zeigten einen Meeresboden, der mit Kolonien von Mikroorganismen (so genannten mikrobiellen Matten) in den seltsamsten Formen bedeckt war: dichte, zusammengerollte Massen, die sich manchmal zu baumähnlichen Strukturen von bis zu 40 Zentimetern Höhe ausdehnten; andere wiederum waren flach und dünn und mit Zacken oder Zipfeln übersät.

»Analysen mit Epifluoreszenz- und Konfokalmikroskopen bestätigten die vorwiegende Anwesenheit von Cyanobakterien, photosynthetischen, dicht gepackten Bakterien«, erklärte Yakimov.

Aber erst die Analyse der in den Proben enthaltenen DNA offenbarte den großen Reichtum des mikrobiellen Lebens im See. »Die Labortests bestätigten das Vorhandensein von 21 bakteriellen und eukaryotischen Stämmen, letztere allesamt einzellige und phototrophe Organismen, sowohl im Oberflächeneis als auch in der geschichteten Wassersäule und den mikrobiellen Matten«, fuhr der Mikrobiologe fort: »Die zahlreichsten Bakterien [etwa 60 Prozent der Gesamtzahl, Anm. d. Red. von Le Scienze] sind Pseudomonadota, Actinobacteria und Bacteroidota.«

Unter den planktonischen und benthischen Mikroorganismen, das heißt, den schwimmenden und auf dem Meeresboden liegenden, finden sich vor allem Patescibacteria, Grüne Nichtschwefelbakterien, Verrucomikroben und Planctomycetota.

»Die überraschendste Entdeckung war, so viele Patescibacteria zu finden«, räumte Yakimov ein. »Diese extrem einfachen Lebensformen haben ein ›eingeschränktes‹ Genom, das es ihren winzigen Zellen [mit einem Durchmesser von durchschnittlich 200-350 Nanometern, Anm. d. Red. von Le Scienze] ermöglicht, nur eine ausgewählte Anzahl von Prozessen mit begrenzten Stoffwechselfunktionen durchzuführen. Folglich haben diese Bakterien eine symbiotische oder obligat jagende Lebensweise angenommen und sind vollständig auf ihre Wirtszellen angewiesen.«

Es gibt Berichte über Patescibacteria in anderen extremen Umgebungen wie Permafrost oder antarktischem Boden, aber dies ist das erste Mal, dass diese Mikroorganismen in einem See wie dem Enigma-See gefunden wurden. Beispielsweise gibt es keine Spur von ihnen in den ständig gefrorenen Oberflächen der nahe gelegenen Antarktischen Trockentäler, die eines der am besten untersuchten Gebiete des Weißen Kontinents sind. Dies würde die absolute Einzigartigkeit des Enigma-Ökosystems bestätigen – ein einfaches, aber unerwartet vollständig trophisches Netzwerk, das sowohl Primärproduzenten (die Organismen an der Basis der Nahrungskette, die Biomasse »erzeugen«) als auch Arten umfasst, die in Symbiose leben oder andere »fressen«.