Der Tiefsee auf der Spur - Neue Erkenntnisse zum Stoffwechsel ozeanischer Bakterien

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Schwefelverbindungen als Energiequelle

Ribulose-Biphosphat-Karboxylase (RuBisCO) ist das häufigste Protein auf der Erde, weil es in allen Pflanzen vorkommt und als Enzym bei der Photosynthese verwendet wird. Genau dieses Enzym konnte nun erstmals in Bakterien, die sich in Wassertiefen von 200 bis 3000 m – jenseits von jeglichem Sonnenlicht – befinden, nachgewiesen werden. "Diese autotrophen Mikroben beziehen ihre Energie offenbar aus Schwefelverbindungen. Wir konnten entsprechende Gene in den Mikroben finden", so Meeresbiologe Herndl.

In sauerstofflosen Lebensräumen nutzen anaerobe Mikroorganismen Schwefelverbindungen als Energiequelle, so z.B. im Boden von seichten Gewässern und Meeren sowie in speziellen sauerstofflosen Regionen des Freiwassers wie in den Tiefen der Ostsee oder des Schwarzen Meeres. In den weiten Bereichen des offenen Ozeans, wie dem Pazifik oder dem Atlantik, gibt es jedoch genügend Sauerstoff zum Veratmen.

Trotzdem fand das internationale Wissenschafterteam eine Vielzahl von Bakterien in den sauerstoffhaltigen Regionen des Pazifiks und Atlantiks, die als Energiequelle Schwefelverbindungen oxidieren und Kohlendioxid in Biomasse umwandeln. Herndl und sein Team konnten aufzeigen, dass eine Gruppe von Bakterien, die sowohl das Gen für RuBisCO als auch jenes zur Oxidation von Schwefelverbindungen besitzt, vorwiegend auf Partikel in der Tiefsee vorkommen. Der Meeresbiologe vermutet: "Diese Millimeter bis Zentimeter großen Partikel, die mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 m pro Tag in die Tiefsee rieseln, könnten in ihrem Inneren sauerstofflos sein. Somit könnten in einer sauerstoffhältigen Umgebung sauerstofflose Mikrozonen im Inneren von Partikeln existieren."

Kombination von mikrobiologischen und molekularen Methoden

Diese überraschenden Ergebnisse wurden durch eine Kombination von verschiedenen mikrobiologischen und molekularen Methoden erbracht. Die Genanalyse von Bakterienzellen wurde vom "Bigelow Laboratory for Ocean Sciences" in Maine/USA vorgenommen, während die Gruppe um Herndl die Kohlenstoff-Fixierung dieser Bakterien nachwies. Die Befunde zeigen, wie wenig bisher über die vielfältigste Lebensform der Erde, die Mikroorganismen, bekannt ist. Die nun publizierten Forschungsergebnisse sind ein wesentlicher Schritt zu einem besseren Verständnis der Prozesse in der Tiefsee. Gefördert wurde das Projekt vom Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF), von der European Science Foundation (ESF), der US-amerikanischen National Science Foundation (NSF), der Gordon & Betty Moore Foundation und der Niederländischen Forschungsorganisation (NWO).

Originalpublikation:

Potential for Chemolithoautotrophy Among Ubiquitous Bacteria Lineages in the Dark Ocean. Brandon K. Swan, Manuel Martinez-Garcia, Christina M. Preston, Alexander Sczyrba, Tanja Woyke, Dominique Lamy, Thomas Reinthaler, Nicole J. Poulton, E. Dashiell P. Masland, Monika Lluesma Gomez, Michael E. Sieracki, Edward F. DeLong, Gerhard J. Herndl, Ramunas Stepanauskaus. In: Science, September 1, 2011.

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