Eine lebende Brennstoffzelle als Untermieter

An Schwarzen Rauchern - schlotförmigen Geothermal-Quellen der Tiefsee - wimmelt es nur so von Leben. Jetzt haben deutsche Wissenschaftler Muscheln entdeckt, die mithilfe von Bakterien Energie aus Wasserstoff gewinnen. Dabei scheint es sich um ein durchaus weit verbreitetes und äußert effizientes Konzept zu handeln.
Die Natur macht es dem Menschen vor: Während Wissenschaftler sich seit Jahren an wasserstoffbetriebenen Brennstoffzellen versuchen, wissen Lebewesen in der Tiefsee diesen Stoff offenbar bereits seit langem sehr effektiv als Energiequelle zu nutzen. Denn den neuen Daten zufolge, die ein Forscherteam vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie und dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung jetzt gesammelt hat, können Muscheln, Röhrenwürmer und Garnelen mithilfe bestimmter Bakterien nicht nur, wie bisher bekannt, Schwefelwasserstoff und Methan unter Energiegewinn oxidieren, sondern auch reinen Wasserstoff.

Die Mikrobiologen fanden dies anhand neuer Proben aus dem Logatchev-Thermalgebiet am mittelozeanischen Rücken, zwischen den Kapverden und der Karibik gelegen, heraus. In etwa 3.000 Metern Tiefe sickert hier Meerwasser in die Erdkruste, löst dort Mineralien und gelangt über geothermale Quellen, die sogenannten Schwarzen Raucher, wieder in den Ozean. In diesem bis zu 400 Grad heißen Milieu hat sich eine spezielle Lebenswelt entwickelt, die fernab von Sonnenlicht und Sauerstoff existiert. Mithilfe von Bakterien betreiben die Organismen anstelle von Fotosynthese die sogenannte Chemosynthese ? sprich: sie nutzen chemische Reaktionen, um Energie zu gewinnen.

Im Thermalgebiet Logatchev ist dies vor allem Bathymodiolus, eine Miesmuschelvariante, die riesige Teppiche von einigen Hundert Quadratmetern bildet. Sie beherbergt mindestens zwei verschiedene bakterielle Untermieter in ihren Kiemen, mit denen Hilfe sie sowohl Schwefelwasserstoff als auch Methan zur Energiegewinnung nutzen kann. Doch das scheint noch nicht alles zu sein, wie die Forscher jetzt nachweisen konnten: Sie entdeckten in den Kiemen der Muscheln ein Gen, das die Tiere dazu befähigt, an den heißen Quellen austretenden Wasserstoff zu oxidieren. Weitere Analysen zeigten, dass das Gen aus den gleichen Bakterien stammt, die auch Schwefelwasserstoff verarbeiten.

Auch bei Röhrenwürmern und Garnelen wiesen die Wissenschaftler das Gen nach. Studienleiterin Nicole Dubilier geht deshalb davon aus, dass die Fähigkeit, Wasserstoff als Energiequelle zu nutzen, unter den symbiotischen Gemeinschaften der Tiefsee weit verbreitet ist. Möglicherweise spielt sie sogar eine weitaus größere Rolle als die Oxidation von Methan und Sulfid: ?Nach unseren Berechnungen bringt die Oxidation von Wasserstoff am Logatchev-Thermalgebiet 7-mal mehr Energie als die Methanoxidation und bis zu 18-mal mehr Energie als die Oxidation von Sulfid, also Schwefelwasserstoff?, erklärt Erstautorin Jillian Petersen. Zudem registrierte das Forschungsteam an diesem Bereich des mittelatlantischen Rückens die höchste jemals an heißen Quellen gemessene Wasserstoffkonzentration. Eine ebenfalls erstaunliche Zahl ermittelten die Wissenschaftler für den Verbrauch des Muschelfeldes: Bis zu 5.000 Liter des farb- und geruchslosen Gases verarbeiten die Schalentiere innerhalb einer Stunde.

Für die Wissenschaft bedeutet der Nachweis dieses Prozesses in einem natürlichen ? wenn auch sehr extremem ? Milieu, dass Forscher ihre Untersuchungen nicht weiter nur auf Laborversuche stützen müssen. Vielmehr stehen ihnen nun Organismen zur Verfügung, von denen sie konkrete Anhaltspunkt für physikalisch-chemische Reaktionen mit Wasserstoff erhalten.
Jillian Petersen (Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung) et al.: Nature, Bd. 476, S. 176, doi:10.1038/nature10325

wissenschaft.de ? Marion Martin


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