Selbst tief unter dem Meeresboden kann Leben gedeihen: Obwohl Druck und Temperatur mit zunehmender Tiefe ansteigen, Sauerstoff fehlt und organisches Material als Nahrungsquelle weniger wird, haben sich bestimmte Organismen an eben diese Bedingungen angepasst. Doch wo liegt die Grenze des Überlebbaren? Und mit welchen Strategien schaffen es Mikroorganismen der tiefen Biosphäre, mit den lebensfeindlichen Bedingungen zurechtzukommen?
Proben aus der Tiefe
Auf der Suche nach Antworten auf diese Fragen hat ein Team um Felix Beulig von der Universität Aarhus in Dänemark nun Sedimentbohrkerne untersucht, die aus einer Tiefe von bis zu 1,2 Kilometern unter dem Meeresboden im Nankai-Graben vor Japan entnommen wurden. An dieser Stelle schiebt sich die philippinische Platte unter die eurasische Platte. Durch die Plattentektonik nehmen Druck und Temperatur mit der Tiefe besonders stark zu, sodass bereits 1,2 Kilometer unter dem Meeresboden Temperaturen von bis zu 120 Grad Celsius herrschen. Weil die meisten Proteine schon bei rund 50 Grad denaturieren, gelten höhere Temperaturen als besondere Herausforderung für mikrobielles Leben.
„Trotz der hohen Temperaturen konnten wir mikrobielle Zellen fast in der gesamten Sedimentsäule nachweisen, wenn auch in extrem niedrigen Konzentrationen von weniger als 500 Zellen pro Kubikzentimeter in Sedimentschichten mit einer Temperatur oberhalb von 50 Grad Celsius“, berichten die Forscher. Um genauere Informationen zur Überlebensstrategie der gefundenen Mikroben zu erlangen, analysierten die Forscher deren Stoffwechsel. „Unsere Ergebnisse belegen, dass in den Millionen Jahre alten Sedimenten bei extremen Temperaturen aktive Mikroorganismen vorkommen, die Sulfat abbauen und Methan produzieren“, so die Forscher.
Aktives Leben unter extremen Bedingungen
Mit hochempfindlichen Messgeräten maßen die Forscher unter Laborbedingungen die Stoffwechselrate der Mikroorganismen aus der heißen Tiefe – und erhielten ein überraschendes Ergebnis: Während von anderen Mikroorganismen, die im tiefen Meeresboden vorkommen, bekannt ist, dass ihr Stoffwechsel sehr langsam abläuft, stellten Beulig und seine Kollegen bei den von ihnen untersuchten Mikroorganismen eine erstaunlich hohe Stoffwechselrate fest. Obwohl sie unter Extrembedingungen leben, in denen nur wenig Biomasse zur Verfügung steht, waren sie fast so aktiv wie Mikroben, die in lebensfreundlichen Oberflächensedimenten vorkommen.
„Wir vermuten, dass die Organismen gezwungen sind, einen hohen Stoffwechselumsatz aufrechtzuerhalten, um die Energie bereitzustellen, die zur Reparatur thermischer Zellschäden erforderlich ist“, sagt Beulig. Co-Autorin Tina Treude von der University of California Los Angeles erklärt: „Die Energie, die für die Reparatur von thermischen Schäden an Zellbestandteilen benötigt wird, steigt mit der Temperatur steil an, und der größte Teil dieser Energie ist wahrscheinlich notwendig, um der kontinuierlichen Veränderung von Aminosäuren und dem Verlust von Proteinfunktionen entgegenzuwirken.“
