Arktische Bakterien – manche mögen es heiß

Im eiskalten Meeresboden vor Spitzbergen haben Wissenschaftler des Bremer Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie große Mengen thermophiler (wärmeliebender) Bakterien gefunden, die aufgrund ihrer Physiologie viel höhere Temperaturen bevorzugen.

Diese Thermophilen überdauern in der Arktis in Form von Sporen, die optimal gegen widrige Umweltbedingungen gewappnet sind.

In Laborexperimenten erwachten die fremden Lebewesen nach einem Temperatursprung auf 40 bis 60 Grad Celsius. Die Forscher vermuten die Herkunft der Bakterien in weiter entfernt liegenden warmen Meeresgegenden. Diese Entdeckung könnte dabei helfen, eine der großen Hypothesen der Biologie zu klären: „Alles ist überall, die Umwelt wählt aus“. (Science, 18. September 2009)

Auf die Sporen dieser thermophilen Bakterien in der Arktis stießen die Forscher, als sie das Temperaturverhalten der kälteliebenden (psychrophilen) Mikroorganismen in den eiskalten Meeressedimente Spitzbergens untersuchten. Um die mikrobielle Aktivität zu bestimmen, maßen die Wissenschaftler den Umsatz an markierten Molekülen in einer bestimmten Zeiteinheit. Als sie den Temperaturbereich dieser Versuche von minus zwei Grad auf bis zu 80 Grad erweiterten, zeigte sich, dass ab einer Temperatur von 40 Grad Celsius die Aktivität in den Proben stark anstieg. Einige der Sporen sind offenbar zum Leben erwacht.

Dieser Befund bot den Forschern die einzigartige Gelegenheit, den Transport der Mikroorganismen quantitativ zu erfassen. Anhand der Stoffwechselaktivität schätzen sie, dass bis zu 100 000 thermophiler Sporen in einem Gramm arktischen Sediments enthalten sind. Max-Planck-Direktor Bo Barker Jørgensen findet es sehr spannend: „Thermophile Bakterien in der Arktis zu finden, ist nicht die Sensation. Neu ist unser Wissen um die riesigen Mengen und der konstante Zustrom an Bakterien.“ Weitere Untersuchungen des Tiefenprofils ergaben, dass jährlich mehr als 100 Millionen Sporen je Quadratmeter Meeresboden dazukommen.

Die naheliegende Frage war, woher die arktischen Thermophilen kommen. Erstautor Casey Hubert grenzt die Möglichkeiten ein: „Der konstante Zustrom und die große Menge an Mikroorganismen deuten darauf hin, dass diese aus einer großen sauerstofffreien Quelle kommen.“ Entsprechende Transportwege von diesen „Hot Spots“ zum arktischen Meeresboden müssen existieren. Die Forscher vermuten zirkulierende Strömungen aus den Spalten der sich neubildenden Erdkruste, den Schwarzen Rauchern und den Hydrothermalquellen, da die dort gefundenen Bakterien sehr große genetische Ähnlichkeit mit den arktischen Thermophilen aufweisen.

Eine weitere Quelle könnten heiße Erdöllagerstätten sein, aus denen Gas und Öl herausströmen und die dann den Meeresboden durchbrechen. “ Die genetische Ähnlichkeit mit Bakterien aus den heißen Nordseeölvorkommen sind verblüffend“, betont Hubert. Mit weiteren Experimenten und genetischer Analyse wollen die Wissenschaftler jetzt die Quellen orten. Die Sporen sind auch als Indikator für bislang unentdeckte unterirdische Ölvorkommen nützlich.

Die neuen Ergebnisse vermitteln den Wissenschaftlern ein besseres Verständnis für die Entwicklung der Artenvielfalt und die „Seltene Biosphäre“. Versteckt innerhalb der großen Masse von Bakterien sind mehrere „Minderheiten“, die an Ort und Stelle keinen messbaren Beitrag zum Stoffumsatz leisten. Mikrobiologen sind immer noch nicht sicher, wie Bakterien sich ausbreiten und zur großen biologischen Vielfalt beitragen. Die thermophilen Sporen scheinen die entscheidenden Hinweise zur Lösung dieses Rätsels der Biogeographie in sich zu tragen. Auch wenn sie schlafend auf dem eiskalte Meeresgrund vergeblich auf wärmere Zeiten warten.

Manfred Schlösser

Originalartikel
„A Constant Flux of Diverse Thermophilic Bacteria into the Cold Arctic Seabed“.
Casey Hubert, Alexander Loy, Maren Nickel, Carol Arnosti, Christian Baranyi, Volker Brüchert, Timothy Ferdelman, Kai Finster, Flemming Mønsted Christensen, Júlia Rosa de Rezende, Verona Vandieken, and Bo Barker Jørgensen. Science 18. September 2009.

Rückfragen an

Casey Hubert, PhD
University of Newcastle, UK
casey.hubertnewcastle.ac.uk
+44 191 246 4864
Prof. Dr. Bo Barker Jørgensen
Direktor am Max Planck Institute für Marine Mikrobiologie
und Leiter des Center for Geomicrobiology
Dept. of Biological Sciences, Aarhus University
bo.barkerbiology.au.dk
+45 8942 3314
Timothy Ferdelman, PhD
Leiter der Arbeitsgruppe Biogeochemie am Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie
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Beteiligte Institute
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Department of Marine Sciences, University of North Carolina, Chapel Hill, North Carolina 27599-3300, USA.

Department of Biological Sciences – Microbiology section, Aarhus University, Ny Munkegade, Building 1535, DK-8000 Aarhus C, Denmark.

Center for Geomicrobiology, Department of Biological Sciences, Aarhus University, Ny Munkegade, Building 1535, DK-8000 Aarhus C, Denmark.