Mikroben im Marianengraben

Am tiefsten Punkt des Meeresbodens lebt eine erstaunlich aktive bakterielle Gemeinschaft

17. März 2013

Das Sediment des tiefsten Punktes der Erde, des Challenger-Tiefs im Marianengraben, besitzt eine erstaunlich hohe mikrobielle Aktivität. Ein internationales Forscherteam von der Universität von Süddänemark und der Brückengruppe für Tiefsee-Ökologie und -Technologie des Max-Planck-Instituts für marine Mikrobiologie in Bremen und des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven konnte zeigen, dass Mikroben in dieser von extremem Druck gekennzeichneten Umgebung zahlreich und sehr aktiv sind.

Die Topografie des Marianengrabens: Die Challenger-Tiefe erhielt ihren Namen nach dem britischen Forschungsschiff Challenger II, das dort 1951 mit Lotungen die tiefste Stelle des Meeresbodens bestimmte.

Ein internationales Forscherteam stellt seine Ergebnisse von einem der unzugänglichsten Plätze auf unserer Erde vor: dem tiefsten Punkt der Erde – dem Meeresboden des Marianengrabens im Westpazifik, fast 11000 Metern tief unter dem Meeresspiegel. Ihre Ergebnisse zeigen, dass eine höchst aktive Mikrobengemeinschaft die Sedimente des Grabens bewohnt, und das, obwohl dort ein extrem hoher Druck, 1100 mal so hoch wie auf Meeresspiegelhöhe, herrscht. In den Sedimenten des Grabens fanden die Forscher eine vielfach höhere Anzahl von Bakterien als in den umliegenden Sedimenten der Tiefseeebene in 6000 Metern Tiefe.

Tiefseegräben sind Orte von hoher mikrobieller Aktivität, denn der Eintrag von organischem Material ist ungewöhnlich hoch. Dazu zählen absinkende Kadaver von Meerestieren, aber auch Reste von Algen, die sporadisch immer wieder in großen Mengen auf den Meeresboden sinken. An den Grabenhängen kann dieses Material, durch Erdbeben mobilisiert, in die tiefsten Stellen des Grabens abrutschen. Demnach haben Tiefseegräben, obwohl sie nur etwa zwei Prozent der Fläche der Ozeane der Erde ausmachen, einen relativ großen Einfluss auf den globalen Kohlenstoffkreislauf. Ronnie Glud von der Universität Süddänemark erkundete nun zusammen mit seinen Kollegen aus Deutschland (Brückengruppe für Tiefsee-Ökologie und -Technologie des Max-Planck-Instituts für marine Mikrobiologie und des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung), Japan (Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology), Scotland (Scottish Association for Marine Science) und Dänemark (Universität Kopenhagen) den mikrobiellen Kohlenstoffumsatz im tiefsten Graben der Ozeane.

Hochsensitive Messsonden messen die Sauerstoffkonzentration.

Die Forscher maßen die Sauerstoffverteilung im Sediment des Grabens und an einer Referenzstelle auf 6000 Metern Tiefe und nahmen Sedimentkerne mit einem autonomen Probenahmegerät, welches mit einer Videokamera ausgestattet war. „Wir können aus der Sauerstoffverteilung die bakterielle Sauerstoffaufnahme, also die Atmung, berechnen“,  sagt Frank Wenzhöfer von der Brückengruppe für Tiefsee-Ökologie und -Technologie. „Zusammen mit der Information über den Gehalt an organischem Kohlenstoff im Sediment können wir so die mikrobielle Aktivität im Sediment abschätzen.“

Natürlich sind die Messungen in solch großen Tiefen eine technische und logistische Herausforderung. „Wenn wir Proben vom Meeresboden heraufholen, um sie im Labor zu untersuchen, überleben viele der an die Tiefseebedingungen angepassten Organismen die Temperatur- und Druckveränderung nicht. Deshalb haben wir Geräte entwickelt, die vorprogrammierte Messabläufe autonom auf dem Meeresboden bei hohem Druck ausführen“, erklärt Ronnie Glud. Das Forscherteam hat mit mehreren Firmen zusammen einen Unterwasser-Roboter entwickelt, der beinahe vier Meter groß ist und 600 Kilogramm wiegt. Dieser Roboter führte unter anderem die Sauerstoffmessungen mit ultraempfindlichen Sensoren durch.

Der Meeresboden im Marianengraben.

Auf unseren Videos aus der Tiefe sind kaum größere Tiere zu sehen“, sagt Ronnie Glud. „Wir haben es also mit einer Welt zu tun, in der Mikroorganismen dominieren, die in hohem Grade an für die meisten höheren Organismen feindlichen Bedingungen angepasst sind.“

Für Wenzhöfer ist die Erforschung der Tiefseegräben nicht nur wichtig, um deren Einfluss auf den globalen Kohlenstoffkreislauf genauer definieren zu können. „Die Tiefseegräben sind die letzten weißen Flecken auf der Landkarte. Wir möchten gerne die bakteriellen Gemeinschaften dort genauer charakterisieren und verstehen, wie sie sich an ein Leben in diesem außergewöhnlichen Lebensraum angepasst haben. Außerdem möchten wir herausfinden, ob der mikrobielle Kohlenstoffumsatz in der Tiefsee Auswirkungen auf unser Klima hat. Dazu sind Expeditionen zu weiteren Tiefseegräben geplant, zum Beispiel dem Kermadec-Tonga-Graben bei den Fiji-Inseln.“

RD/HR

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