Reiches Leben in der Unterwelt - wissenschaft.de
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Erde+Klima

Reiches Leben in der Unterwelt

Probennahme
Probennahme in einer Goldmione, 1,3 Kilometer tief unter der Erde (Foto: Gaetan Borgonie/ Extreme Life Isyensya; Barbara Sherwood Lollar/ University of Toronto)

Das Leben auf unserem Planeten ist nicht auf die Oberfläche beschränkt, sondern reicht tief in den Untergrund hinein. Doch was und wie viele Organismen sich in diesem „Keller der Erde“ tummeln, beginnen Wissenschaftler erst allmählich herauszufinden. Jetzt hat das Deep Carbon Observatory eine erste Bilanz veröffentlicht – mit beeindruckenden Ergebnissen. Demnach umfasst die Biomasse der Tiefen Biosphäre 15 bis 23 Millionen Tonnen Kohlenstoff und doppelt so viel Volumen wie alle Weltmeere zusammen. Rund 70 Prozent aller Bakterien und Archaeen auf unserem Planeten gehören zu diesem unterirdischen Reich.

Lange galt das tiefe Krustengestein unseres Planeten als lebensfeindlich, denn hier herrschen Dauerdunkel, enormer Druck und auch Nährstoffe sind nicht gerade reichlich verfügbar. Doch inzwischen ist klar, dass dies das Leben nicht davon abhält, selbst den „Keller der Erde“ zu besiedeln – im Gegenteil. Bohrungen enthüllen immer wieder, dass selbst in mehreren Kilometern Tiefe einfache Organismen zu finden sind, meist Bakterien und Archaeen, aber auch eukaryotische Lebewesen. Sie gewinnen ihre Energie nicht aus Sonnenlicht, sondern aus den chemischen Substanzen, die im Gestein der Tiefe vorkommen, darunter Methan, Wasserstoff oder Metalle. Doch wie umfangreich die Tiefe Biosphäre ist, wie tief sie hinabreicht und wie groß die Artenvielfalt in ihr ist, blieb bislang weitgehend unklar.

Um das zu klären, haben Forscher im Rahmen des Deep Carbon Observatory Programms in den letzten zehn Jahren hunderte von Bohrungen in verschiedenen Gegenden der Welt durchgeführt – auf den Kontinenten ebenso wie im Meeresgrund. Das dabei gewonnene Material untersuchten sie auf die Präsenz von Zellen hin, aber auch mittels genetischer Analysemethoden. Diese machten es möglich, anhand der in den Gesteinsporen vorhandenen DNA herauszufinden, was dort lebt oder überdauert. „Vor zehn Jahren hatten wir nur eine Handvoll Orte beprobt – nur die Plätze, an denen wir Leben in der Tiefe für wahrscheinlich hielten“, erklärt Karen Lloyd von der University of Tennessee in Knoxville. „Damals wussten wir auch viel weniger über die Physiologie der Bakterie und Mikroben, die die Biosphäre unter der Oberfläche dominieren.“ Das aber habe sich nun geändert.

Leben bis in zehn Kilometer Tiefe

Die Projektergebnisse liefern nun einen ganz neuen und umfassenderen Blick auf das Leben in der Tiefen Biosphäre. Sie enthüllen, dass unter der Oberfläche mindestens genauso viel Leben existiert wie darauf – möglicherweise sogar noch mehr. Den Analysen zufolge entspricht die unterirdische Biomasse zwischen 15 und 23 Millionen Tonnen Kohlenstoff – 7,5 Tonnen in jedem Kubikkilometer Untergrundgestein. Diese Menge ist 245 bis 385 Mal größer als die Kohlenstoffmasse der gesamten Menschheit zusammen, wie die Forscher berichten. Das Volumen der Tiefen Biosphäre erstreckt sich über 2 bis 2,3 Millionen Kubikkilometer – das entspricht dem doppelten Volumen aller Weltmeere.

„Die tiefe Unterwelt zu erforschen, ist ähnlich wie eine Expedition in den Amazonas-Regenwald: Überall ist Leben und überall finden wir eine beeindruckende Vielfalt von unerwarteten und ungewöhnlichen Organismen“, erklärt Mitch Sogin vom Marine Biological Laboratory in Woods Hole. Den neuen Daten nach reicht die Zone des unterirdischen Lebens noch bis in fünf Kilometer unter der Erdoberfläche und gut zehn Kilometer unter dem Meeresspiegel. Wo jedoch die absolute Untergrenze liegt, ist noch nicht bekannt, betonen die Forscher. Doch wer lebt in diesen unwirtlichen Tiefen? Immerhin herrschen dort nicht nur Dunkelheit, Enge und Hitze, auch der Druck ist immens. In vier Kilometern Tiefe ist er beispielsweise rund 400 Mal größer als auf Meeresspiegelhöhe.

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Mehr unter als über der Erde

Die Analysen ergaben: Dominiert wird diese Lebenswelt der Extreme von Bakterien und Archaeen. Diese Organismen sind in der Tiefen Biosphäre so zahlreich, dass sogar 70 Prozent von ihnen unter der Erdoberfläche leben könnten. Auch die genetische Vielfalt ist mit der über der Erde mindestens vergleichbar, könnte sie aber vielleicht sogar übertreffen, wie die Forscher berichten. Denn ein Großteil der inzwischen aufgespürten Unterwelt-Mikroben sind der Forschung noch völlig unbekannt und müssen erst noch näher bestimmt werden. Klar scheint nur, dass die meisten von ihnen so an das Leben im Untergrund angepasst sind, dass ihr Stoffwechsel, ihr Energiehaushalt und ihre Lebensweise sich stark von den Bewohnern der Oberfläche unterscheiden. „Noch können wir meist nur darüber staunen und spekulieren, auf welche Weise ihre Metabolismen das Leben unter so extrem verarmten und lebensfeindlichen Bedingungen tief in der Erde ermöglichen“, sagt Rick Colwell von der Oregon State University.

Und auch viele weitere Fragen zur Lebenswelt der Tiefen Biosphäre sind noch offen. So ist beispielsweise noch unklar, ob sich diese Lebensformen einst an der Oberfläche entwickelten und dann erst in die Tiefe wanderten. Oder ob schon ihr Ursprung in der Tiefe, beispielsweise in hydrothermalen Quellen lag. Ebenso unbekannt ist bei vielen dieser Organismen, welche Energie- und Nährstoffquellen sie für ihr Überleben nutzen. „Unsere Studien der Tiefen Biosphäre haben viel neues Wissen gebracht, aber auch die Erkenntnis, wie viel wir noch über das Leben unter der Erdoberfläche lernen müssen“, sagt Colwell.

Quelle: Deep Carbon Observatory (DCO)

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