Um diese täglichen Muster biologischer Aktivität beobachten zu können, setzten Elizabeth Ottesen und ihre Kollegen von der University of Hawaii in Honolulu einen schwimmenden Roboter auf dem Pazifischen Ozean aus. Der sogenannte Environmental Sample Processor, kurz ESP, folgte drei Tage lang den Strömungen des Nordpazifikwirbels und nahm alle zwei Stunden Wasserproben voll von bakteriellem Plankton wie den heterotrophen Roseobacter und Pelagibacter sowie Prochlorococcus – ein Cyanobakterium, das anorganische Stoffe mithilfe von Lichtenergie verwertet, also photoautotroph lebt. Nachdem das Forscherteam den ESP wieder aus den hawaiianischen Gewässern gefischt hatte, analysierte es die Proben im Labor. Mithilfe einer modernen Sequenzierungstechnik entstand schließlich ein genetisches Aktivitätsprofil für verschiedene Bakterienpopulationen. Es zeigt, welche Gene zu welcher Zeit exprimiert wurden, um etwa wichtige Proteine zu bilden.
Taktgeber Licht?
Die Wissenschaftler konnten zum Beispiel beobachten, dass Roseobacter nachts zwischen 23 und 04 Uhr Gene exprimiert, die die Zellen darauf vorbereiten, morgens effektiv die vorhandene Sonnenenergie nutzen zu können. Für sämtliche untersuchte Arten stellte das Team zudem fest: Periodisch auftretenden Phasen besonders hoher Stoffwechselaktivität folgen stets metabolische Erholungszeiten. Dabei ist die An- oder Abwesenheit von Tageslicht vermutlich nicht der einzige Faktor, der den Lebensrhythmus der Bakterien reguliert. Die Ergebnisse legten nahe, dass auch andere Kriterien den Tagesablauf bestimmen, schreiben die Forscher. So zeigten Pelagibacter -Populationen nahe der Küste ein anderes Verhalten als jene im offenen Ozean. Doch wie genau der Taktgeber funktioniert, nach dem die Bakteriengemeinschaften leben, können die Forscher bislang noch nicht erklären.
Sicher aber ist: Die zeitlich exakt getaktete Stoffwechselaktivität verschiedener Arten könnte für das Ökosystem Ozean eine entscheidende Bedeutung haben. So spielen bestimmte Bakterien unter anderem als Nährstofflieferant für Meeresalgen eine Rolle, die wiederum das Fundament der Nahrungskette im Ozean bilden. Weil viele verschiedene Arten voneinander abhängig sind, erscheint es nur zweckmäßig, dass auch ihr Stoffwechsel aufeinander abgestimmt ist. Die Forscher beobachteten zum Beispiel, dass die Tagesrhythmen heterotropher Bakterienpopulationen denen ihrer photoautotrophen Nachbarn ähneln. Diese produzieren organische Stoffe, die den heterotrophen Bakterien als Nahrung dienen. „Ein solches zeitliches Zusammenspiel bestimmter biogeochemischer Aktivitäten könnte eine wichtige regulatorische Funktion erfüllen, etwa für die Energieverteilung im Ozean”, so die Forscher.
