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Wo das Leben versiegt

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 24.07.2015 16:28

Die Halbinsel Shimokita liegt im Norden Japans und ist vor allem wegen des Mount Osore bekannt, eines Vulkans, der den Eingang zur Hölle markieren soll. Etwa 80 Kilometer vor der Küste Shimokitas öffnete sich 2012 ein ganz anders geartetes Tor in die Unterwelt: Von Bord des Forschungsschiffs Chikyu aus ist in 1100 Metern Wassertiefe eine fast zweieinhalb Kilometer tiefe Bohrung in den Meeresgrund abgeteuft worden. Dort unten entdeckten die Wissenschaftler das bislang tiefste marine Ökosystem. Gleichzeitig lieferte die Bohrung Hinweise auf die Grenzen des Lebens. Mehr dazu steht in der Fachzeitschrift "Science".

Die Meere sind der größte Lebensraum der Erde, und der Ozeanboden ist das Reich der Mikroorganismen. Wo allerdings dieses Reich endet, weiß bislang niemand. Bei der derzeit tiefsten wissenschaftlichen Bohrung, die 2012 vor der Shimokita-Halbinsel abgeteuft worden ist, wurde sie jedenfalls noch nicht erreicht. Die Forscher bohrten bei einer Wassertiefe von ungefähr 1100 Metern rund 2,5 Kilometer in den Meeresboden, um dort unten das mikrobielle Leben zu untersuchen.

Das japanische Bohrschiff Chikyu auf dem Weg zum Einsatzgebiet. (Bild: Jamstec/IODP)Das Ziel dieser Bohrung lag unter mehr als anderthalb Kilometern Meeressedimenten begraben: Es war eine Abfolge von Kohle-, Ton- und Sandsteinschichten, die vor über 20 Millionen Jahren in einem Sumpfgebiet entstanden ist, erklärt Kai-Uwe Hinrichs von der Universität Bremen: "Dann ließ tektonische Aktivität das einstige Sumpfgebiet absinken, es wurde zum Meeresboden und Sedimente deckten es zu."

Das Erbe jener Sümpfe jedoch blieb erhalten: Genetische Untersuchungen zeigen, dass die nächsten Verwandten dieser Mikroorganismen im Waldboden zu finden sind. Allerdings hat sich gegenüber der ursprünglichen Gemeinschaft das Artenspektrum verschoben: Wer sich nicht an die Bedingungen anpassen konnte, verschwand. Wer blieb, musste mit einem Leben in extremer Zeitlupe klar kommen: Die Mikroorganismen seien extrem alt, erklärt der Forscher.

Im Bioreaktor kultivierte Bakterien aus einem Kohleflöz 2000 Meter unterhalb des Meeeresbodens. (Bild: Science/Hiroyuki Imachi, JAMSTEC) Die Lebensgrundlage der Mikrobengemeinschaft in den Flözen bildet die Kohle. Die Messungen belegen, dass dort unter anderem Organismen aktiv sind, die Methan produzieren. Mit 100 bis 1000 Zellen pro Milliliter Sediment leben in diesen Kohlelagen vergleichsweise viele Mikroorganismen. In den Ton- und Sandsteinlagen zwischen den Flözen sieht das ganz anders aus: "Da lagen die Zellzahlen in der Größenordnung von vielleicht einer bis zehn Zellen, teilweise auch weniger als eine Zelle pro Milliliter."

So wenige lebende Zellen, das ist für Ökosysteme ein Rekord. Und so ist Jan Amend von der University of Southern California ein großer Fan der Arbeit seiner Kollegen: "Das Team lieferte nicht nur Beweise für das tiefste bislang im Meeresboden gefundene Leben, sondern wies auch nach, dass dort unterschiedliche Organismen aktiv sind. Die Arbeit ist wirklich bahnbrechend." Die Frage ist, was die Mikroorganismen in den Sand- und Tonsteinen hemmt. Die Temperaturen können es nicht sein. Die liegen in der Größenordnung von 50 bis 60 Grad Celsius und damit im "Wohlfühlbereich" für Mikroben. Messungen zufolge gibt es in den Sand- und Tonsteinen auch genügend energiereiche "Nahrung" in Form von Wasserstoff oder Methan: "Trotzdem sind die Organismen aus der Balance, können das Substrat nicht mehr nutzen", erklärt Kai-Uwe Hinrichs.

Vielleicht, so die Spekulation, spielen physikalische Faktoren eine Rolle spielen, etwa die Verfügbarkeit von Wasser. Denn der immense Druck hat die Sand- und Tonsteine so stark zusammengepresst, dass sie im Grunde trocken sind. Was noch an Feuchtigkeit da ist, hält zwar ein paar Organismen am Leben, aber es fließt nichts mehr. Das unterdrückt den Transport von Abfallprodukten ebenso wie den von Nährstoffen: Der Energiehaushalt der Mikroorganismen gerät an seine Grenzen. Die Folge: "Da diese Mikroorganismen sehr, sehr lange leben, müssen immer wieder einmal molekulare Zellbausteine repariert werden. Aber wenn ein System sehr stark energielimitiert ist, dann kann diese Reparatur nicht mehr stattfinden." Das heißt, statt der klassischen Grenze des Lebens, die einfach darauf beruht, dass es zu heiß wird, kommt hier anscheinend eine andere zum Vorschein: Energiemangel, der zum Zusammenbruch eines Ökosystems führt.