Riffe aus Bakterien

News: Riffe aus Bakterien

Meereswissenschaftler fanden riesige Riffe aus Methan-fressenden Mikroorganismen, die von großer Bedeutung für den globalen Kohlenstoffkreislauf sind.

Bild — © GHOSTDABS, Universität Hamburg (Ausschnitt)

Methan, ein wesentlicher Bestandteil des Erdgases, gilt als ein wichtiges Treibhausgas und entsteht in großen Mengen an Land – vor allem in Reisfeldern und Kuhmägen – sowie im Meer, tief unter dem Meeresboden. Auch im Bodenwasser des größten sauerstofffreien Meeresbeckens der Welt, dem Schwarzen Meer, gibt es genügend Methan. Und genau hierhin begab sich eine Wissenschaftlergruppe unter der Leitung von Walter Michaelis von der Universität Hamburg, um Mikroorganismen aufzuspüren, die Methan ohne Sauerstoff veratmen können.

Mit dem Forschungs-U-Boot Jago gingen sie im Westen der Halbinsel Krim auf 230 Meter Wassertiefe und entdeckten hier in einer Landschaft von Säulen, Hügeln und Knollen ein riesiges Riff. Gasblasen durchströmten kontinuierlich die teilweise bis zu vier Meter hohen und einen Meter breiten Riffstrukturen. Diese bestanden aus dichten Matten von Mikroorganismen, die im Inneren durch kalkartige Ausfällungen von Carbonaten gestützt werden. Das Carbonat entsteht wie Schwefelwasserstoff als Abfallprodukt aus der Oxidation von Methan mit dem im Meerwasser reichlich vorhandenem Sulfat.

Die riffbildenden Mikroorganismen im Schwarzen Meer erwiesen sich als Verwandte von Archaea und Bakterien, welche die Wissenschaftler bereits im Jahr 2000 oberhalb von Gashydratlagern im Meer entdeckt hatten. Es handelte sich um eine Symbiose, die als winzige Zellklumpen zu Tausenden in methanreichen Meeresböden vorkamen und inzwischen weltweit an gasreichen Standorten gefunden wurden.

Auch die Schwarzmeer-Bewohner sind in der Lage, große Mengen von Methan mit Sulfat umzusetzen und als Kohlenstoffquelle für ihr Wachstum zu nutzen. Mit einer direkten Färbung der Zellen durch spezifische Gen-Sonden entdeckten Katrin Knittel und Armin Gieseke vom Bremer Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie, dass die Mikrokolonien der Methan-fressenden Archaea und Sulfat-reduzierenden Bakterien dichte Matten bilden, die von kleinen Adern durchzogen sind. Diese winzigen Kanäle unterstützen vermutlich den Austausch der Nährstoffe und Stoffwechselprodukte und münden in größere Höhlen und Freiräume im kalkigen Inneren der Riffstrukturen.

Die riesigen Bakterienriffe sind der erste lebende Beweis dafür, dass organische Materie im Geosystem der Erde auch ohne Sauerstoff und pflanzliche Biomasse – auf chemosynthetischem Wege – entstanden sein kann. Bereits seit langem diskutieren Wissenschaftler, ob Methan in der frühen Geschichte des Lebens auf der Erde vor einigen Milliarden Jahren eine Rolle als Nährstoff und Energieträger gespielt haben könnte. Die bisherige Theorie besagt, dass nur Sauerstoff atmende Mikroorganismen in der Lage sind, Methan effizient zu nutzen.

Doch Sauerstoff entstand erst nach der Entwicklung und Ausbreitung von pflanzlichem Leben, wie wir es heute kennen. Antje Boetius vom Alfred-Wegener-Institut in Bremerhaven vermutet deshalb: "Vielleicht waren die Ureinwohner der Erde während einer langen Periode der Erdgeschichte solche Mikroorganismen, wie wir sie im Schwarzen Meer gefunden haben: eine Symbiose von Zellen, die ohne Sauerstoff mit Methan als Nährstoff wachsen können."

Diese Mikroorganismen wären dann das fehlende Glied in der Kette eines erdgeschichtlich sehr frühen Methankreislaufs. Dieser hätte aus vier Stufen bestanden: die bakterielle Fixierung von Kohlendioxid mittels Sonnenlicht ohne Sauerstoffbildung, die Zersetzung von photosynthetischer Biomasse durch Fermentierer, die Bildung von Methan durch methanogene Archaea und die Veratmung des Methans ohne Sauerstoff durch Methan-fressende Archaea.

Die Max-Planck-Gesellschaft (MPG) ist eine vorwiegend von Bund und Ländern finanzierte Einrichtung der Grundlagenforschung. Sie betreibt rund achtzig Max-Planck-Institute.