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Bestandsaufnahmen in der abgelegensten Meeresregion der Welt

Eine riesige Wüste im Ozean

| Autor / Redakteur: Dr. Fanni Aspetsberger* / Dr. Ilka Ottleben

Unendliche Weiten: Der Südpazifische Wirbel ist mit 37 Millionen Quadratkilometern der größte Ozeanwirbel und eine Wüste im Ozean.
Unendliche Weiten: Der Südpazifische Wirbel ist mit 37 Millionen Quadratkilometern der größte Ozeanwirbel und eine Wüste im Ozean. (Bild: © Tim Ferdelman / Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie)

Der Südpazifische Wirbel ist fernab von allem – und riesig. Fast viermal zu groß wie die USA ist seine Fläche. Das Wasser in dieser Meereswüste ist wohl klarste Meerwasser der Welt und dennoch – ob seiner schieren Größe leisten die (wenigen) Mikroorganismen dort einen wichtigen Beitrag zu den globalen biogeochemischen Kreisläufen. Das hat Max-Planck Forscher nun zu einer Bestandsaufnahme in dieser wenig erforschten und abgelegensten Meeresregion der Erde bewogen, was einige Überraschungen zutage förderte

Bremen – In der Mitte des Südpazifiks ist man so weit von Land entfernt, wie man nur sein kann. Die Sonneneinstrahlung ist gefährlich hoch, mit einem UV-Index, der als „extrem“ eingestuft wird. Keine Staubpartikel oder Zuflüsse vom Land kommen dort noch an. Daher enthält das Wasser außerordentlich wenig Nährstoffe, man nennt es „ultraoligotroph“. Chlorophyllhaltiges Phytoplankton – winzige Algen – gibt es erst in Tiefen von über hundert Metern, deswegen ist das Oberflächenwasser des Südpazifiks das wohl klarste Meerwasser der Welt.

Aufgrund seiner Abgelegenheit und enormen Größe – der Südpazifische Wirbel umfasst 37 Millionen Quadratkilometer (zum Vergleich: die USA umfassen weniger als zehn Millionen Quadratkilometer) – ist er auch eine der am wenigsten erforschten Regionen unseres Planeten.

Wichtige Wüste im Pazifischen Ozean

Obwohl er so fernab von allem ist, ist der Südpazifische Wirbel wichtig: Messungen mit Satelliten und auch vor Ort deuten darauf hin, dass die Mikroorganismen, die dort im Wasser leben, einen wichtigen Beitrag zu den globalen biogeochemischen Kreisläufen leisten. Deshalb wollten die Bremer Wissenschaftler herausfinden, welche Mikroben in dieser Ozeanwüste leben und aktiv sind.

Während einer sechswöchigen Forschungsreise auf dem Forschungsschiff RV Sonne, organisiert und geleitet vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie, sammelten Greta Reintjes, Bernhard Fuchs und Tim Ferdelman Hunderte von Proben auf einer 7000 Kilometer langen Fahrt durch den Südpazifik, von Chile nach Neuseeland. An 15 Stationen und in Wassertiefen von 20 bis über 5000 Metern, also von der Oberfläche bis zum Meeresboden, untersuchten die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen die kleinsten Meeresbewohner.

Wenige Zellen an unerwarteter Stelle

„Überraschenderweise fanden wir im Oberflächenwasser des Südpazifischen Wirbels etwa ein Drittel weniger Zellen als in Wirbeln des Atlantiks“, berichtet Bernhard Fuchs. „Es war wahrscheinlich die niedrigste Zellzahl, die je in ozeanischen Oberflächengewässern gemessen wurde.“ Die Mikrobenarten waren größtenteils bekannt: „Im Südpazifischen Wirbel leben ähnliche Gruppen von Mikroorganismen wie in anderen nährstoffarmen Meeresregionen, zum Beispiel Prochlorococcus, SAR11, SAR86 und SAR116“, so Fuchs weiter.

Doch unter den vorherrschenden Bewohnern des gut durchleuchteten Oberflächenwassers gab es auch einen Überraschungsgast: AEGEAN-169, ein Organismus, der bisher nur in tieferen Gewässern gefunden wurde.

Anpassung an nährstoffarmes Wasser und hohe Sonneneinstrahlung?

Reintjes und ihre Kollegen fanden ein klares Muster in der vertikalen Verteilung der Mikroorganismen im Südpazifischen Wirbel. „Die Zusammensetzung der Gemeinschaft veränderte sich deutlich mit zunehmender Wassertiefe, was direkt mit dem verfügbaren Licht zusammenhing“, berichtet Reintjes. Überraschenderweise war der vorherrschende Photosynthese-betreibende Organismus, Prochlorococcus, in relativ geringer Zahl in der obersten Wasserschicht und war erst in 100 bis 150 Metern Wassertiefe häufiger vorhanden.

Der neue Mitspieler, AEGEAN-169, war hingegen im Oberflächenwasser des zentralen Wirbels besonders zahlreich. „Das deutet auf eine interessante mögliche Anpassung an ultraoligotrophes Wasser und hohe Sonneneinstrahlung“, so Reintjes. „Wir werden uns das auf jeden Fall noch genauer anschauen.“ AEGEAN-169 wurde bisher nur in Wassertiefen um die 500 Meter gefunden. „Vermutlich gibt es innerhalb dieser Gruppe mehrere ökologische Arten. Um ihre Bedeutung in den nährstoffärmsten Gewässern des Südpazifischen Wirbel zu erforschen, planen wir weitere metagenomische Untersuchungen.“

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Methodischer Meilenstein: Probenanalyse vor Ort

Die hier vorgestellte Forschung war nur dank einer neu entwickelten Methode möglich. Sie ermöglicht es den WissenschaftlerInnen, Proben direkt an Bord gleich nach der Entnahme zu analysieren. „Wir haben eine neuartige On-Board-Analyse-Pipeline entwickelt“, erklärt Reintjes. „Sie liefert Ergebnisse zur Identität der Bakterien innerhalb von nur 35 Stunden.“ In der Regel, wenn die Proben nach der Entnahme erst ins heimische Labor gebracht und dort analysiert werden, dauern diese Analysen viele Monate.

Die Pipeline kombiniert modernste Next-Generation-Sequenzierung mit Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung und automatisierter Zellzählung. „Dank unserer Methodenentwicklung verfügen wir nun über ein System für eine effiziente, kostengünstige, feldbasierte und umfassende Analyse der Mikrobengemeinschaft“, so Reintjes. „Sie erlaubt mikrobiellen Ökologen eine gezieltere Beprobung von Lebensräumen und ermöglicht so neue Einblicke, wie vielfältig Mikroorganismen und deren Stoffwechselwege sind.“

Originalpublikation: Greta Reintjes, Halina E. Tegetmeyer, Miriam Bürgisser, Sandi Orlić, Ivo Tews, Mikhail Zubkov, Daniela Voß, Oliver Zielinski, Christian Quast, Frank Oliver Glöckner, Rudolf Amann, Timothy G. Ferdelman, Bernhard M. Fuchs: On site analysis of bacterial communities of the ultra-oligotrophic South Pacific Gyre. Applied and Environmental Microbiology (Vol. 85, issue 14)

* Dr. F. Aspetsberger: Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie, Bremen, 28359 Bremen

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