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Meeresmikroben reisen mit dem „Blasentaxi“

Bubble-Catcher
Der "Bubble Catcher" in Aktion. (Bild: S. Jordan)

Am Meeresgrund leben viele Bakterien, die das Treibhausgas Methan abbauen und so verhindern, dass es in die Atmosphäre gelangt. Jetzt zeigt sich, das diese Mikroben sogar bis in obere Wasserschichten aufsteigen können – sie reisen mit aufsteigenden Gasblasen mit. Diese „Blasentaxis“ der marinen Methanquellen können bis zu 20.000 Bakterien pro Milliliter Gas transportieren, wie Forscher ermittelt haben.

Methan ist eines der potentesten Treibhausgase, denn seine Klimawirkung ist rund 30 Mal höher als die von Kohlendioxid. Deshalb ist es wichtig zu wissen, wo es durch welche Quellen in die Atmosphäre gelangt. Neben menschlichen Aktivitäten wie der Erdgasförderung wird dieses Gas auch auf natürlichem Wege erzeugt und freigesetzt, unter anderem aus auftauenden Böden, aber auch von Gasquellen am Meeresgrund.

Wo kommen die Methanfresser her?

Typischerweise jedoch kommt von dem am Meeresgrund freigesetzten Methangas nur wenig an der Wasseroberfläche an. Denn schon in der oberen Sedimentschicht sorgen unzählige methanabbauende Bakterien und Archaeen dafür, dass das Gas abgebaut und beispielsweise zu Kohlendioxid oxidiert wird. Anders ist dies an sogenannten Seeps, unterseeischen Gasquellen, an denen das Methan in Form von Gasblasen in die Wassersäule aufsteigt. Dort steigt das Gas oft zu schnell auf, so dass der mikrobielle Methanfilter im Sediment versagt.

Doch schon vor einiger Zeit bemerkten Forscher bei der Untersuchung solcher Gasaustritte eine Besonderheit: „Es fällt auf, dass methanoxidierende Bakterien gehäuft in der Wassersäule über Methan-Seeps auftreten“, berichtet Sebastian Jordan vom Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW). „Lange Zeit war unklar, wie diese Mikroorganismen dort erhöhte Populationsdichten erreichen können, denn sie vermehren sich nur langsam und werden ständig durch Strömungen verdriftet.“ Es lag nahe, dass diese Mikroben vielleicht mit dem Gas in die höheren Wasserschichten gelangt sind.

Tausende „Mitreisende“ in der Gasblase

Um dieses Phänomen näher zu erforschen, haben Jordan und seine Kollegen nun ein eigens entwickeltes Gerät, den „Bubble Catcher“, genutzt, um an der Küste Kaliforniens einige Methan-Seeps und ihre bakteriellen Bewohner näher zu untersuchen. Das Gerät erlaubt es, die aufsteigenden Gasblasen kontaminationsfrei einzufangen und so Probe für die Mikrobenanalyse zu gewinnen. Für ihre Studie beprobten die Wissenschaftler die Gasblasen mehrerer unterschiedlich stark sprudelnder Methanquellen und untersuchten die Anzahl methanotropher Bakterien im Sediment, an den Blasen und in der Wassersäule. Zusätzlich führte sie vor Ort Experimente zur Methanabbauaktivität der an den Blasen haftenden Mikroorganismen durch.

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Dabei zeigte sich: Offenbar transportieren die aufsteigenden Methanblasen tatsächlich nicht nur Gas, sondern auch Mikroben in Richtung Wasseroberfläche. Dabei enthalten diese „Blasentaxis“ umso mehr Bakterien, je langsamer das Methan aus dem Meeresgrund austritt: „Perlt das Gas langsam hoch, können mehr als 20.000 Methanoxidierer pro Milliliter Gas mitreisen. Bei deutlich stärkerem Gasfluss sind es nur um die 200“, berichtet Jordan. Dass die Mikroben in den Blasen aus dem Meeregrund stammten, belegten Genanalysen: „Wir haben die gleichen Methan-abbauenden Mikroben, etwa aus der Familie Methylomonaceae sowie ölabbauende Bakterien der Gattung Cycloclasticus, im Sediment, an den Blasen und in der Wassersäule nachweisen können“, sagt Jordan.

Die ergänzenden Experimente ergaben zudem, dass die per Blasentaxi reisenden Bakterien während ihres Aufstiegs durchaus aktiv sind. Denn nach drei Tagen zeigten Proben mit eingefangenen Methanblasen eine 1000 Mal höhere Methanoxidationsrate als die ohne.

Bedeutung auch für andere Lebensräume

Nach Ansicht der Forscher belegen ihre Ergebnisse, dass die Methan-abbauenden Mikroben des Meeresgrunds auch über ihren eigentlichen Lebensraum hinaus eine wichtige Bedeutung haben. „Die Studie zeigt erstmals in einer schlüssigen Rundumschau, wie mikrobielle Sedimentbewohner durch den Blasen-Transport Bakteriengemeinschaften in der Wassersäule beeinflussen und dort an wichtigen biogeochemischen Prozessen wie der fürs Klima relevanten Methanreduktion beteiligt sind“, sagt Projektleiter Oliver Schmale vom IOW. „Dieser vergleichsweise schnelle vertikale Transportprozess für Mikroorganismen kann auch für andere aquatische Lebensräume und Stoffkreisläufe, beispielsweise in Seen, eine wichtige Rolle spielen.“

Quelle: Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde; Fachartikel: Scientific Reports, doi: 10.1038/s41598-020-61446-9

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