Natürlicher Transport von Meeresbakterien Marine Methanfresser im Blasen-Taxi

Methanquellen am Meeresboden sind ein gefundenes Fressen für bestimmte Mikroben. Diese ernähren sich von dem Treibhausgas und sorgen so dafür, dass weniger davon an die Luft freigesetzt wird. Per „Methanblasen-Taxi“ gelangen die Mikroben in höher liegende Wasserschichten. Solche Fahrten per Anhalter beeinflussen die Effizienz der Methanfresser, wie Forscher des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) nun gezeigt haben.

Rostock – Methan ist eines der potentesten Klimagase. Wie und wo es in die Atmosphäre gelangt und welche Prozesse dies verhindern können, sind daher wichtige klimarelevante Fragen auch für die Meeresforschung. Am Meeresgrund strömen zum Teil große Mengen dieses Klimagases aus. Dass nicht alles Treibhausgas aus den Tiefen des Meeres die Oberfläche erreicht, ist u.a. spezialisierten Mikroorganismen zu verdanken, die Methan als Energiequelle nutzen und so dem Meerwasser entziehen.

An solchen Abbauprozessen sind vor allem Methan-oxidierende Bakterien und methanotrophe Archaeen beteiligt. Sie sind dabei so effektiv, dass Methan aus dem Meeresboden meist kaum an die Wasseroberfläche und damit in die Atmosphäre gelangt.

Anders ist dies an untermeerischen Gasaustrittsstellen, so genannten Seeps, die Methan in Form von Gasblasen aus dem Sediment in die Wassersäule abgeben. Liegen diese Seeps in relativ flachem Wasser, etwa im küstennahen Schelfbereich, funktioniert der mikrobielle Methanfilter nur noch eingeschränkt: Dort steigen die Blasen so rasch an die Meeresoberfläche, dass Methan-verbrauchende Bakterien keine Zeit haben, das Gas abzubauen.

Mikroben auf Überholspur: in der Wassersäule

Forscher des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) haben den Methanabbau über den Seeps genauer untersucht. Bereits in früheren Arbeiten bestätigten sie die allgemeine These, dass methanoxidierende Sedimentbakterien mit aufsteigenden Methanblasen nach oben in die Wassersäule gerissen werden. „Seit damals wissen wir, dass es dieses ‚Methanblasen-Taxi‘ nach oben tatsächlich gibt“, sagt der Geologe Dr. Oliver Schmale.

Nun haben die Wissenschaftler weitere Erkenntnisse über diese Blasen-Taxis erhalten. Dazu nutzten sie ein bereits zuvor am IOW entwickeltes Gerät, den „Bubble Catcher“. Mit ihm fingen sie aufsteigende Gasblasen kontaminationsfrei ein, um die an ihnen haftenden Bakterien zu analysieren. Dabei zeigte sich, dass die Wassersäulen entscheidend zur vertikalen Verteilung der Methanfresser beitragen. „Wir haben die gleichen Methan-abbauenden Mikroben im Sediment, an den Blasen und in der Wassersäule nachweisen können“, schildert Schmales Kollege Sebastian Jordan. Darunter befanden sich beispielsweise ölabbauende Bakterien der Gattung Cycloclasticus sowie Vertreter der Familie Methylomonaceae.

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Langsame Reisegeschwindigkeit bevorzugt

Wie effizient der Transport im Blasen-Taxi ist, wird offenbar davon bestimmt, mit welcher Intensität das Gas aus dem Meeresgrund hervorsprudelt. „Perlt das Gas langsam hoch, können mehr als 20.000 Methanoxidierer pro Milliliter Gas mitreisen. Bei deutlich stärkerem Gasfluss sind es nur um die 200“, erläutert Jordan. Die Experimente zur Methanabbauaktivität lieferten einen deutlichen Hinweis darauf, dass diese Mitreisenden nicht nur im Sediment, sondern auch im freien Wasser überleben und aktiv sein können. Denn nach drei Tagen zeigten Proben mit eingefangenen Methanblasen eine 1000 Mal höhere Methanoxidationsrate als die ohne.

„Die Studie zeigt erstmals in einer schlüssigen ‚Rundumschau‘, wie mikrobielle Sedimentbewohner durch den Blasen-Transport Bakteriengemeinschaften in der Wassersäule beeinflussen und dort an wichtigen biogeochemischen Prozessen wie der fürs Klima relevanten Methanreduktion beteiligt sind“, fasst Projektleiter Schmale zusammen. Dieser vergleichsweise schnelle vertikale Transportprozess für Mikroorganismen könne auch für andere aquatische Lebensräume und Stoffkreisläufe eine wichtige Rolle spielen, beispielsweise in Seen.

Originalpublikation: Sebastian F. A. Jordan, Tina Treude, Ira Leifer, René Janßen, Johannes Werner, Heide Schulz-Vogt & Oliver Schmale: Bubble-mediated transport of benthic microorganisms into the water column: Identification of methanotrophs and implication of seepage intensity on transport efficiency, Scientific Reports; DOI: 10.1038/s41598-020-61446-9.

* Dr. B. Hentzsch, Dr. K. Beck, Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde, 18119 Rostock

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