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Methanfressern auf der Spur - Projekt MUMM geht in die zweite Runde

erstellt von timo_meyer zuletzt verändert: 15.03.2010 18:11

Gewaltige Mengen des Treibhausgases Methan lauern im Meeresboden, aber nur ein sehr geringer Teil davon gelangt in den globalen Klimakreislauf. Dabei ist nicht etwa die Wassersäule das Haupthindernis, sondern ein ganz spezieller Bodenbelag: Zwei Arten von Mikroorganismen vernichten in Teamwork das Methan bereits am Ozeangrund noch bevor es seinen Weg nach oben antreten kann.

Diese winzigen Regulatoren der marinen Methanfreisetzung haben Meeresforscher seit ihrer Entdeckung im Jahre 1999 im Visier. Jetzt geht die groß angelegte Untersuchung der methanzehrenden Mikroben und ihrer Wirkung in die zweite Runde. Ende September testeten Bremer Wissenschaftler auf hoher See Hightech-Ausrüstung für MUMM II - ein Forschungsprojekt gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Forschungsprogramms GEOTECHNOLOGIEN. Mit im stürmischen Außeneinsatz: Tiefseeroboter CHEROKEE und Unterwasserfahrzeug MOVE.

MUMM - unter diesem Kürzel nehmen Forscher seit 2001 die winzigen Methanfresser unter die Lupe. Ihre überraschende Entdeckung war die Initialzündung für das Projekt mit der kraftvollen Abkürzung, aufgeteilt in eine bereits abgeschlossene erste Phase sowie einen zweiten Teil, der mit der Testfahrt Ende September erst richtig eingeläutet wurde. Bei MUMM I habe man zunächst feststellen wollen, wie verbreitet die Mikroorganismen sind, die durch die Veratmung - auch Oxidation - des gefährlichsten aller Treibhausgase einen entscheidenden Einfluss auf das Klimageschehen haben, so Prof. Antje Boetius, Projektleiterin am Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie. Damals wussten die Forscher erst von einem Standort auf der Erde, wo man der Methanoxidation in sauerstofffreier, so genannter anaerober Umgebung zusehen konnte. Das änderte sich mit MUMM I. Von der Arktis über die Nordsee bis in tropische Breitengrade reichen die Arbeitsstätten der Methanoxidierer - überall dort, wo es keinen Sauerstoff, dafür aber umso mehr Sulfat und austretendes Methan gibt. "Uns ist es aber in der ersten Phase nicht gelungen", schränkt Boetius ein, "tatsächlich die Leistung der Mikroorganismen direkt am Meeresboden zu quantifizieren." Motivation genug für eine Fortsetzung von MUMM und den Einsatz neuer Meerestechnologien.

Projektleiterin Prof. Antje Boetius (vorderste Reihe Mitte) und ihr Team an Bord der Alkor

Projektleiterin Prof. Antje Boetius (vorderste Reihe Mitte) und ihr Team an Bord der Alkor. (c) MPI für Marine Mikrobiologie

 

Die Faszination aller Beteiligten für das Thema ist dabei seit 1999 ungebrochen. Kein Wunder - die AOM, kurz für Anaerobe Oxidation von Methan, ist nicht nur ein wichtiger Prozess im globalen Kohlenstoffkreislauf, sie stellt auch eine enorme wissenschaftliche Herausforderung dar, die gleich mehrere, unterschiedliche Forschungsbereiche abdeckt. Neben der Mikrobiologie sind die Genomik (Genomforschung an Mikroorganismen), Proteomik (Protein-Erforschung) und die Enzymforschung gefordert. Dementsprechend vielfältig gestaltet sich die Zusammensetzung des MUMM-Teams: Alle Abteilungen des Bremer MPI für Marine Mikrobiologie sowie die Arbeitsgruppe für Organische Geochemie an der Universität Bremen sind involviert.

Das enge Teamwork haben die Forscher mit ihren Beobachtungsobjekten gemein. Wird doch die Methanoxidation nicht nur von einer Art von Mikroorganismen vollzogen, sondern ist das Ergebnis der Zusammenarbeit zweier Spezies. "Man kann sich das erstmal schwer vorstellen, dass es wirklich so eine Kooperation von zwei Lebewesen gibt, die zusammen ein Treibhausgas kontrollieren - zumindest den marinen Teil," betont Boetius, "aber das war eben die erstaunliche Erkenntnis, auf der wir das MUMM-Projekt aufgebaut haben." Methanveratmende Archaeen und sulfatreduzierende Bakterien wandeln Methan in CO2 um - also letztendlich einen Klimaschädling in einen anderen, oder? Nicht ganz, sagt die Bremer Meeresbiologin. "Der Prozess entschärft das Treibhausgas Methan im Grunde doppelt: Einmal ist Methan in CO2 umgewandelt - zwar immer noch ein Treibhausgas, aber 22mal weniger aggressiv. Zweitens wird nicht all dieses CO2 dann ins Meerwasser überführt, sondern zu einem Großteil als Karbonat am Ozeangrund festgelegt." Was genau bei der AOM biochemisch abläuft, ist jetzt im ersten Jahr von MUMM II immer noch nicht geklärt, soll aber im Verlauf des Projekts wenn möglich beantwortet werden. Die Hypothese der Meeresforscher: Die beteiligten Archaeen - nah verwandt mit Methan produzierenden Methanogenen - kehren den entsprechenden methanogenen Teil ihrer Enzyme einfach um und werden so zu Methanvertilgern. Die Bakterien wiederum sorgen für die richtige Wohlfühlumgebung, die die Umkehrreaktion der Archaeen antreibt, "in dem sie die Reaktionsprodukte komplett konsumieren", vermutet Boetius.

Ein Szenario, das bisher nur im Labor und hauseigenen "Schlamm-Bibliotheken" untersucht werden konnte. Mit MUMM II geht es nun hinaus in die freie Wildbahn. Und dies stellt nicht nur an die Seetüchtigkeit der Forscher, sondern vor allen Dingen an die technische Ausrüstung enorme Anforderungen. Schließlich sollen die Fragen nach Methanumsatz, Methanflüssen und die Rolle der Mirkoorganismen direkt an Methanquellen untersucht werden, und die liegen mitunter in mehreren Kilometern Wassertiefe. Auf der 10tägigen Nordsee-Ausfahrt mit dem Forschungsschiff Alkor, zu der Boetius und ihre Kollegen am 24. September aufbrachen, musste die Ausrüstung nicht ganz so tief. Dafür waren die Wetterbedingungen für die Wissenschaftler mehr als nur eine Herausforderung, genau wie für die MUMM-Mitarbeiter auf Begleitfahrten zum arktischen Schlammvulkan Haakon Mosby und nach Costa Rica. "Wir haben uns in alle Winde verteilt, und der Schwerpunkt liegt auf Winde", erzählt Antje Boetius, "denn alle drei Ausfahrten haben Wetterprobleme gehabt."


Crawler "MOVE" kurz vor dem Tauchgang

Crawler "MOVE" kurz vor dem Tauchgang (c) MPI für Marine Mikrobiologie

 

Trotz Konfrontation mit Ausläufern der Hurrikans Katrina und Rita verliefen die Gerätetests in der Nordsee jedoch ausgesprochen gut. Den Anfang machte der gelbe Tauchroboter CHEROKEE des Zentrums für Marine Umweltwissenschaften MARUM, der erst im Sommer für das Projekt METRO in einem wahren Paradies für alle Methanoxidierer unterwegs war, nämlich dem gewaltigen sauerstofffreien Becken des Schwarzen Meeres. Mit dem 250 Kilogramm schweren ROV (remotely operated vehicle) testeten die Meeresforscher einen neu entwickelten Methansensor der AG Geochemie des AWI - sozusagen eine Spürnase zur Methanuntersuchung "vor Ort". Außerdem auf dem Programm: das Sammeln von Gas und die Entnahme von Proben am Meeresboden. Eine Premiere für den CHEROKEE, der extra für die Testfahrt mit einem Probennehmer nachgerüstet wurde. Der zweite Proband im Härtetest hieß MOVE, ebenfalls vom MARUM in Bremen. "Eine andere Art von Tauchroboter, der als Fahrgestell über den Meeresboden kriecht und sich zentimetergenau positionieren lässt", erläutert Boetius die Eigenschaften des Gefährts. Der "Crawler", der unter der Bezeichnung MOVE als Technikentwicklung vom BMBF gefördert wird, soll so extrem punktgenaue Messungen beispielsweise chemischer Gradienten ermöglichen, bequem ferngesteuert vom einige hundert bis tausend Meter höher dümpelnden Forschungsschiff.


Sammeln von Methangasblasen am Meeresgrund

Sammeln von Methangasblasen am Meeresgrund (c) MPI für Marine Mikrobiologie

 

Ein weiterer Punkt, der auf der Alkor-Fahrt geklärt werden sollte - die Kommunikation und Bildübertragung zwischen Roboter und Wissenschaftler per WLAN. Auf der Testfahrt gestaltete sich die glücklicherweise problemlos. Bei Tiefen um die 150 Meter reichte die Länge der WLAN-Kabel für das Hochlegen zu einer Boje, von der aus die Bilder dann in Echtzeit zur Alkor übertragen werden konnten. "Wie wir das aber auf Tiefsee-Ausfahrten lösen wollen, dass muss noch weiter überlegt werden", bemerkt Antje Boetius. Die Problematik der ungeheuren Tiefen, denen die Forscher noch im Verlauf von MUMM II begegnen werden, wirken sich aber nicht nur auf die Datenübertragung aus, sondern auch auf die Tauchroboter selbst. Während MOVE tiefseefähig gemacht werden kann muss CHEROKEE bei Tiefen über 1000 Meter passen. Hier wird man auf seinen größeren Bruder, das ROV QUEST zurückgreifen oder die bemannten Forschungs-U-Boote der internationalen Kooperationspartner.

An dieser Stelle betont Antje Boetius die Bedeutung internationaler Zusammenarbeit, ohne den ebenfalls vorhandenen Konkurrenzgedanken aus den Augen zu verlieren. "Wir sind ja nicht die einzigen in der Welt, die an dem Prozess arbeiten. Natürlich hofft jeder für sich, die wichtigen Fragen beantworten zu können." Bei der Frage nach einem zukünftigen Projekt MUMM III muss die Bremer Projektleiterin lächeln. "Sicher, es gibt noch viel zu tun, aber wir würden uns natürlich wünschen, dass wir die Frage nach der Funktionsweise der Methan-Oxidation so bald wie möglich lösen können. Je schneller, desto besser." MUMM II jedenfalls läuft noch bis Februar 2008. Drei weitere Fahrten sind geplant, die nächste führt im November 2006 ins östliche Mittelmeer. Und dass auch in Zukunft die Methanoxidation ein Thema sein wird, daran hat Antje Boetius kein Zweifel. "Alle Fragen, die Erdöl, Erdgas oder auch den Treibhauseffekt angehen, werden immer relevanter." Und das vielleicht schneller, als uns allen lieb ist.

Weitere Informationen zum Projekt MUMM II finden Sie hier.

Mehr zu den Tauchrobotern CHEROKEE und MOVE finden Sie hier.

TM, iserundschmidt 11/2005