Bizarrer Lebensraum in der marinen Unterwelt - wissenschaft.de
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Erde+Klima

Bizarrer Lebensraum in der marinen Unterwelt

Um Mikroben in den Proben nachzuweisen, fertigten die Forscher Dünnschnitte des Tiefengesteins an. (Bild: Caitlin Devor, University of Tokyo, CC BY 4.0, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.de)

Unser Planet ist buchstäblich erfüllt von Leben, wie sich nun erneut zeigt: Forscher haben mehr als 100 Meter unter dem Meeresboden skurrile Biotope im Basaltgestein nachgewiesen: Dort leben erstaunlich dichte Bakteriengesellschaften in winzigen Rissen, die von Tonmineralen ausgekleidet sind. Sie leben offenbar von organischem Material oder Methan, das durch Flüssigkeitsbewegungen antransportiert wird. Der Befund legt nahe, dass vergleichbare Lebewesen auch auf anderen Planeten mit ähnlichen Bedingungen im Untergrund existieren könnten, wie etwa auf dem Mars.

Sogar bis in die Tiefen der Erdkruste ist das Leben vorgedrungen, haben Studien der letzten Jahre bereits gezeigt: In Bohrkernen haben Forscher Mikroben in mehreren Kilometern Tiefe nachgewiesen. Und auch im Untergrund der Ozeane wurden bereits Mikroben entdeckt. Es handelte sich dabei um Einzeller in vergleichsweise geringen Bestandsdichten, die ihre Energie häufig aus Reaktionen mit chemischen Substanzen gewinnen, die im Gestein der Tiefe vorkommen, darunter Methan, Wasserstoff oder Metalle. Diese Mikroben der ozeanischen Erdkruste wurden dabei bisher in vergleichsweise jungem vulkanischen Gestein mit einem Alter von 3.5 und 8 Millionen Jahren nachgewiesen. 90 Prozent der ozeanischen Erdkruste ist aber deutlich älter.

Probenahme im ozeanischen Untergrund

Aus diesem Grund haben die Forscher um Yohey Suzuki von der Universität Tokio nun Proben von 13,5 Millionen, 33,5 Millionen und 104 Millionen Jahre alten Gesteinen aus dem marinen Untergrund untersucht. Sie stammten von Bohrungen an drei Stellen im Pazifik. Zunächst sank der Bohrer dazu 5,7 Kilometer bis auf den Meeresboden. Dort fräste er sich dann über 100 Meter tief in den Untergrund und gewann Proben mit einem Durchmesser von jeweils etwa 6,2 Zentimetern. Die ersten 75 Meter unter dem Meeresboden waren Schlammsedimente, darunter lag dann das feste Basaltgestein, berichten die Forscher.

Um Mikroben in den Proben nachzuweisen, nutzten sie nach anfänglichen Misserfolgen schließlich eine Methode, die Pathologen zur Untersuchung von Körpergeweben bei der Diagnose von Krankheiten einsetzen: Ultradünnschnitte. Suzuki und seine Kollegen betteten die Gesteinsproben dazu in Epoxidharz ein, um ihre natürliche Form zu unterstützen, damit sie beim Schneiden nicht zerbröckeln. Die feinen Scheiben behandelten sie anschließend mit Markierungsstoffen, die nur bestimmte Substanzen anfärben – so wie die DNA von Mikroben.

Lebensadern zeichnen sich ab

„Ich dachte, es sei ein Traum, als sich sah, was sich dann zeigte“, sagt Suzuki: Bakterien erschienen als leuchtend grüne Kugeln, die dicht in orange schimmernden Tunnelstrukturen saßen, die wiederum von dem schwarzen Basaltgestein umgeben waren. Wie die Forscher erklären, handelte es sich bei den Tunnelstrukturen um bis zu einen Millimeter breite Risse, die einst beim Abkühlen des Vulkangesteins entstanden sind. Im Laufe der Jahrmillionen setzten sich dann an den Oberflächen dieser feinen Hohlräume Tonmineralien an. Sie verursachten die orange Anfärbung in den Proben, erklären die Wissenschaftler. „Diese Risse sind sehr lebensfreundlich. Tonminerale sind wie ein magisches Material – wo sie zu finden sind, kann man auch fast immer Mikroben nachweisen, denn sie bieten ihnen attraktive Lebensbedingungen“, sagt Suzuki.

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Dies zeichnete sich auch deutlich bei den mit Ton ausgekleideten Rissen im Basalt ab: Die Forscher schätzen, dass die feinen Spalten eine Bakteriengemeinschaft beherbergen, die ähnlich dicht ist wie die menschliche Darmflora: etwa zehn Milliarden Bakterienzellen pro Kubikzentimeter. Im Gegensatz dazu wird die durchschnittliche Dichte der Bakterien, die im Schlammsediment auf dem Meeresboden leben, auf 100 Zellen pro Kubikzentimeter geschätzt.

Vom ozeanischen Untergrund zum Mars

Um mehr über die Bakterien zu erfahren, führten die Forscher anschließend genetische Untersuchungen durch. Wie sich zeigte, gibt es verschiedene Arten, deren Zusammensetzung sich an den drei Orten der Probename leicht unterschied. Den Analyseergebnissen zufolge handelt es sich um Bakterien, die Sauerstoff und organische Nährstoffe verwerten, aber auch Mikroben, deren Lebensgrundlage Methan bildet. Suzuki und seine Kollegen spekulieren, dass die mit den Tonmineralien ausgekleideten Risse diese Nährstoffe aufkonzentrieren. Dies würde erklären, warum die Dichte der Bakterien in den Gesteinsrissen so erstaunlich hoch ist.

Neben den spannenden Informationen für die irdische Biologie lenken die Ergebnisse nun auch den Blick ins All. Denn ähnliche Lebewesen wie im ozeanischen Untergrund der Erde könnten auch auf anderen Himmelskörpern existieren, bei denen es poröses Basaltgestein, flüssiges Wasser und Tonminerale unter der Oberfläche gibt. Vor allem der Mars rückt dabei nun ins Visier. Es gibt Hinweise darauf, dass es die drei Komponenten und auch Methan als Energiequelle auf unserem Nachbarplaneten gibt. Suzuki hat bereits Kontakt mit der NASA aufgenommen, um Nachweisstrategien für Mikroben in Gesteinen bei Marsmissionen zu entwickeln. „Diese Entdeckung von Leben, wo niemand es in festem Gestein unter dem Meeresboden erwartet hätte, könnte die Suche nach Organismen im Weltraum verändern“, sagt Suzuki.

Quelle: University of Tokyo, Fachartikel: Communications Biology, doi: 10.1038/s42003-020-0860-1

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