Meeresmikroben im Tiefschlaf Lebt es noch? Wie Mikroorganismen die Jahrtausende überdauern

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Sie existieren vermutlich seit Tausenden oder gar Millionen von Jahren: Mikroben in den Tiefen von Meeressedimenten schlummern in einem Zwischenzustand von Leben und Tod. Forscher haben nun gezeigt, wie diese Überlebenskünstler nahezu ohne Energiezufuhr ganze Zeitalter überdauern. Mit dieser Fähigkeit könnten auch Lebensformen im Untergrund unwirtlicher Planeten wie dem Mars im Tiefschlaf schlummern.

Potsdam – Alles Leben braucht Energie. Wo diese nicht in ausreichendem Maß verfügbar ist, kann es kein Leben geben. Doch wie viel ist ausreichend? Eine neue Studie unter der Leitung von James Bradley vom Deutschen Geo-Forschungszentrum GFZ und der Queen Mary University of London belegt: Mikroben im Meeresboden überleben mit weit weniger Energie als je zuvor nachgewiesen.

„Wenn wir über die Natur des Lebens auf der Erde nachdenken, haben wir Pflanzen, Tiere, mikroskopisch kleine Algen und Bakterien vor Augen, die auf der Erdoberfläche und in den Ozeanen gedeihen – ständig aktiv, wachsend und sich fortpflanzend“, sagt Bradley. „Doch hier zeigen wir, dass eine ganze Biosphäre von Mikroorganismen – so viele Zellen, wie in allen Böden oder Ozeanen der Erde enthalten sind – kaum genug Energie zum Überleben hat. Viele von ihnen existieren einfach in einem meist inaktiven Zustand. Sie wachsen nicht, teilen sich nicht und entwickeln sich nicht weiter. Diese Mikroben sind nicht tot, verbrauchen aber weitaus weniger Energie als bisher gedacht, um weiter zu leben.“

Einfluss auf das Klimageschehen

Die globale Bestandsaufnahme und Modellierung ergab noch eine weitere Erkenntnis: Obwohl Sauerstoff der wichtigste Energielieferant für einen Großteil des Lebens auf unserem Planeten ist, kommt er nur in 2,7 Prozent der Ozeansedimente vor, sie sind „oxisch“. Der weitaus überwiegende Teil ist „anoxisch“. In 33 Prozent der Sedimente nutzen Mikroben Sulfat als Energiequelle. Der überwiegende Teil (in 64,3 Prozent der Sedimente) sind jedoch Methanbildner.

Mit der Freisetzung dieses Treibhausgases haben auch die schlummernden Tiefseemikroben einen nicht zu unterschätzenden Einfluss auf das Weltklima, wie die Forscher betonen. Denn obwohl die mikrobiellen Zellen in den Meeressedimenten der Erde praktisch inaktiv sind, sind sie so zahlreich und überleben auf so außergewöhnlich langen Zeitskalen, dass sie als wichtiger Motor des Kohlenstoff- und Nährstoffkreislaufs der Erde fungieren und sogar die CO₂-Konzentration in der Erdatmosphäre über Jahrtausende bis hin zu Jahrmillionen beeinflussen.

Moleküle in einer Tiefseesymbiose

Schnappschuss vom geheimen Leben der Tiefsee-Mikroben

Zeitreise im Bohrkern

Die Forscher nutzten für ihre Arbeit Daten aus Bohrkernen weltweit und konzentrierten sich auf die oberen Schichten des Meeresbodens. Sie bildeten damit die vergangenen 2,6 Millionen Jahre des „Eiszeitalters“ ab. Die Daten gingen in ein Modell ein, das die weltweite Verfügbarkeit von Energie im Meeresboden abbildet. Damit wurde ein globales Bild der Biosphäre unter dem Meeresboden erstellt, einschließlich der wichtigsten Lebensformen und biogeochemischen Prozesse.

Durch die Ausdehnung der bewohnbaren Grenzen des Lebens auf Umgebungen mit geringerem Energieangebot könnten die Ergebnisse in zukünftige Studien darüber einfließen, wo, wann und wie Leben auf der frühen Erde entstand und wo Leben an anderen Orten im Sonnensystem angesiedelt sein könnte.

Es ist nicht tot, was ewig liegt

Die Ergebnisse werfen grundlegende Fragen zu unseren Definitionen dessen auf, was Leben ausmacht, sowie zu den Grenzen des Lebens auf der Erde und anderswo. Mit so wenig verfügbarer Energie ist es unwahrscheinlich, dass Organismen in der Lage sind, sich zu vermehren oder zu teilen. Stattdessen nutzen sie diese winzige Energiemenge für die „Wartung“: den Ersatz oder die Reparatur ihrer beschädigten Teile. Es ist daher wahrscheinlich, dass viele der Mikroben, die in großen Tiefen unter dem Meeresboden gefunden wurden, Überreste von Populationen sind, die vor Tausenden bis Millionen von Jahren in seichten Küstengebieten lebten.

Im Gegensatz zu Organismen auf der Erdoberfläche, die auf kurzen (täglichen und jahreszeitlichen) Zeitskalen entsprechend der Sonne operieren, ist es wahrscheinlich, dass diese tief eingegrabenen Mikroben auf viel längeren Zeitskalen existieren, wie z.B. die Bewegung der tektonischen Platten und Veränderungen des Sauerstoffgehalts und der Zirkulation in den Ozeanen.

„Die Ergebnisse der Forschung stellen nicht nur die Natur und die Grenzen des Lebens auf der Erde, sondern auch anderswo im Universum in Frage“, fügt Studienleiter Bradley hinzu. „Wenn es Leben beispielsweise auf dem Mars oder auf dem Jupitermond Europa gibt, würde es höchstwahrscheinlich im Untergrund dieser energiebegrenzten Himmelskörper Zuflucht suchen. Und wenn Mikroben nur wenige Zeptowatt* Leistung zum Überleben benötigen, könnte es unter der eisigen Oberfläche von Planeten und Monden Reste von Organismen geben, die lange Zeit schlummerten, aber technisch gesehen immer noch ‚lebendig‘ wären.“

*Ein Zeptowatt ist ein Millionstel eines Millionstel eines Milliardstel Watt, oder 0,000 000 000 000 000 000 001 Watt.

Originalpublikation: J. A. Bradley, Sandra Arndt, J. P. Amend, E. Burwicz, A. W. Dale, M. Egger, D. E. LaRowe: Widespread energy limitation to life in global subseafloor sediments, Science Advances 05 Aug 2020: Vol. 6, no. 32; DOI: 10.1126/sciadv.aba0697

* J. Zens, Geoforschungszentrum Potsdam, 14473 Potsdam

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