Benutzerspezifische Werkzeuge
Sie sind hier: Startseite Wissen Regeln einer Wohngemeinschaft

Regeln einer Wohngemeinschaft

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 30.04.2013 17:17

Die Erde ist ein seit Jahrmilliarden Jahren belebter Planet, der von den Lebewesen tiefgreifend umgestaltet wurde und wird. Hauptakteur ist dabei keineswegs der Mensch, sondern die ungeheuer vielfältige Welt der Bakterien und Archäen.

Stromatolithen - biogene Sedimentgesteine aus feingeschichtetem Kalk.In der Stratosphäre wurden bereits speziell an die dortigen Bedingungen angepasste Mikroorganismen gefunden, und auf der anderen Seite dehnt sich das Reich der Bakterien in Tiefen der Erdkruste hinab. Daher interessieren sich immer mehr Geowissenschaftler für die Bedingungen, unter denen Bakterien und Archäen sich in die Tiefe begeben. Offenbar haben sich unter der Erde vielfältige Lebensräume entwickelt, weil das Wechselspiel zwischen Mineralogie und Biologie dafür sorgt, dass ganz verschiedene Mikrobengruppen mit ganz unterschiedlichen Bedürfnissen und Vorlieben auch ganz verschiedene Minerale besiedeln. "Wir glauben, dass die Evolution der Bakterien gekoppelt ist an die Entwicklung von Mineralen", erklärt etwa Philipp Bennett, Geologieprofessor an der Universität von Texas in Austin.

Der Geomikrobiologe hat den Test mit einem einfachen Laborexperiment gemacht. Er impfte eine beliebige Mineralmischung mit einer bunt zusammengewürfelten Bakterienkultur und beobachtete, was geschah. "Am Ende lebte auf jedem Mineral eine typische Gemeinschaft, die sich von der auf den anderen Mineralen in Zusammensetzung und Vielfalt stark unterschied." In der Natur, so Bennett, ließe sich das ebenso beobachten. So wüchsen auf den unterschiedlichen Mineralen eines vulkanischen Basalts sehr unterschiedlich zusammengesetzte Biofilme -  über tausendstel Millimeter hinweg differenziert.

Dabei gilt auch für Mikroben die alte Maklerweisheit: Eine gute Lage ist eine gute Lage ist eine gute Lage: Wenn das Mineral von seinen chemischen Eigenschaften her gut mit dem eigenen Stoffwechsel harmoniert, wächst das Bakterium hervorragend. "Manche Bakterien bevorzugen einen neutralen pH-Bereich, erklärt Phil Bennett, "weil sie jedoch durch ihren Stoffwechsel Säuren erzeugen, fühlen sie sich auf Kalkmineralen besonders wohl, denn die neutralisieren diese Säuren." Säureliebende Bakterien wählen dagegen eher Quarz, denn der puffert niedrige pH-Werte fast gar nicht ab. Folgerichtig sind Quarzkörner oft von dicken Filmen solcher säureaffinen Bakterien bedeckt.

Andere Mikroben suchen vor allem nach speziellen Nährstoffen, die sie von bestimmten Mineralien geliefert bekommen und „lernen“ dafür auch mit Nachteilen umzugehen. So ziehen manche Feldspatminerale phosphorliebende Bakterien magisch an, denn sie bieten ihnen die lebensnotwendigen Phosphate. Allerdings enthalten die Feldspate auch das für Bakterien giftige Aluminium. Wer sich dieses "Schlaraffenland" also erschließen will, muss mit dem Gift umgehen können. Bennett hat sich deshalb mit den Überlebensstrategien der auf Feldspaten siedelnden Bakterien beschäftigt: "Wir haben unter anderem ein Bakterium untersucht, das den Phosphor für sich herauszieht und das ebenfalls gelöste Aluminium unschädlich macht, indem es Aluminium zusammen mit Silizium als Tonmineral abscheidet. Auf seiner Oberfläche wachsen Tonminerale, die aussehen wie Haare."

Stromatolithen am Lake Thetis in Westaustralien. (Bild: Wikimedia/Ruth Ellison)Wie alt manche dieser Strategien des Zusammenwirkens von Mineralen und Bakterien sein können, haben Phil Bennett und sein Team anhand einer speziellen Gruppe von Cyanobakterien untersucht: Sie lebt zwar an der Oberfläche, aber sie nutzt Quarz als Sonnenschutz. Bennett isolierte die photosynthesetreibenden Einzeller in einer heißen Quelle hoch oben in den Anden. "Sie brauchen Sonnenlicht, weil sie damit ihre Nährstoffe herstellen", erklärt Bennett, "gleichzeitig kommen in diesen Höhen aber auch hohe Dosen schädlicher UV-Strahlung an, die tödlich sein können." Der Trick der Cyanobakterien: Sie lagern in eine äußere Hüllschicht kleine Partikel aus Quarz ein, die das UV-Licht abblocken, das sichtbare Sonnenlicht aber passieren lassen. "Wir glauben nicht, dass die Cyanobakterien die Quarznanopartikel selbst herstellen, sondern dass sie sie aus dem Wasser der heißen Quelle fischen und dann einlagern." Bennett und seine Kollegen denken, dass diese Methode ein sehr urtümlicher Schutz gegen die hohen UV-Dosen ist, die auf der frühen Erde die Oberfläche trafen. Damit wäre dieses Zusammenspiel beispielsweise schon weit mehr als drei Milliarden Jahre alt.

Weit zurück in der Evolutionsgeschichte der Bakterien wird auch der Hang zum Ausbilden von Allianzen reichen, mit dem sich die Mikroorganismen Minerale dauerhaft erschließen. "Stabile Allianzen entstehen, um wertvolle Produkte auszutauschen", erklärt Phil Bennett, "der Wasserstoff etwa, der bei dem einen als Abfallprodukt entsteht, ist Nahrung für einen anderen." Ist eine solche Allianz erst einmal etabliert, geht es im weiteren nicht nur um Synergien in der Nährstoffverwertung, sondern auch um gemeinsame Verteidigung: Andere Bakterien oder Allianzen sollen daran gehindert werden, das eigene Mineral zu besiedeln. Wer sich nicht in die bestehende Gemeinschaft einfügen kann, muss sich anderswo niederlassen und mit anderen Bakterien eine neue Allianz bilden. Allerdings können Minerale auch erobert werden, denn es gilt das Prinzip, dass der besser Angepasste gewinnt. Durch dieses Zusammenspiel von Mineralogie und Biologie entstehe diese überraschend heterogene Mikrobengemeinschaft, so Phil Bennett. Und genau diese heterogene Zusammensetzung spiele dann bei anderen Prozessen eine wichtige Rolle: etwa bei der Verwitterung der Minerale, der Grundwasserchemie oder auch beim Schadstoffabbau im Untergrund.