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Neue Hauptdarsteller im Meeresboden: Eine bislang kaum beachtete Bakteriengruppe im Rampenlicht

Neue Hauptdarsteller im Meeresboden: Eine bislang kaum beachtete Bakteriengruppe im Rampenlicht

17.02.2020

Von den Küsten bis in die Tiefsee ist in den Meeresböden unseres Planeten eine Bakteriengruppe besonders weit verbreitet: Die sogenannten Woeseiales, die sich möglicherweise von den Eiweiß-Überresten abgestorbener Zellen ernähren. Verbreitung, Vielfalt und Lebensweise dieser Bakterien beschreiben nun Forschende des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie in Bremen und des Niederländischen Forschungsinstituts NIOZ im Fachmagazin The ISME Journal.

Das Forschungsschiff Polarstern in der Arktis. (© Alfred-Wegener-Institut/ Stefanie Arndt, CC-BY 4.0)

Marine Sedimente bedecken mehr als zwei Drittel der Oberfläche unseres Planeten. Dennoch sind sie gerade in den tieferen Regionen der Ozeane kaum erforscht. Die dort lebenden Bakterien sind für ihre Ernährung fast ganz auf das angewiesen, was in Form von Überresten von Organismen aus den oberen Wasserschichten in die Tiefsee rieselt. Je nachdem, wie sie dieses Material verarbeiten, verbleibt es für lange Zeit in den Tiefen des Meeres oder wandert als Kohlendioxid wieder zurück zur Oberfläche. Dadurch spielen die Bakterien der Meeresböden eine bedeutende Rolle beispielsweise für den weltweiten Kohlenstoffkreislauf und sind ein spannendes und wichtiges Forschungsobjekt.

Hauptdarsteller im Meeresboden

Das Team „Benthische Mikrobiologie“ auf der Polarstern-Expedition PS85 zum arktischen Langzeitobservatorium HAUSGARTEN. Josephine Rapp (ganz links), Christina Bienhold (zweite von rechts) und Katy Hoffmann (ganz rechts) sind Koautoren der Studie, Stefan Becker (zweiter von links) unterstützte die Probenahme. (© S. Becker)

Das Forschungsteam um Christina Bienhold und Katy Hoffmann vom Bremer Max-Planck-Institut, sowie Pierre Offre, der mittlerweile am NIOZ auf der Insel Texel tätig ist, hat nun eine besonders vorherrschende Mikrobengruppe identifiziert und charakterisiert. „Zwar sind diese Bakterien schon länger in der Literatur bekannt“, berichtet Bienhold. „Aber niemand schenkte ihnen bisher größere Aufmerksamkeit.“ Während das Team die Rolle dieser Gruppe in der Tiefsee untersuchte, beschäftigten sich andere Forschende am Bremer Max-Planck-Institut mit ihrer Bedeutung in Küstensedimenten. „Und erst jetzt wird klar, wie zahlreich und weit verbreitet die Woeseiales sind“, so Bienhold weiter. Beeindruckende 40 Millionen Zellen leben pro Milliliter Tiefseeboden – gemeinsam mit einer Milliarde anderer Bakterien.

In einem Fingerhut voll Meeresschlamm finden sich demnach etwa 120 Millionen Exemplare der nun beschriebenen Bakteriengruppe. „Uns ist bisher keine andere Bakteriengruppe bekannt, die mit einer so hohen Anzahl von Zellen im Meeresboden vorkommt.“ Auf den gesamten Tiefseeboden hochgerechnet würde die weltweite Population der Woeseiales 5 x 10²⁶ Zellen betragen, schätzen die Autoren. „Wenn man bedenkt, dass diese Schätzungen weder die Küstensedimente noch den tiefen Untergrund einschließen, könnte diese Bakteriengruppe zu den am häufigsten vorkommenden Mikroorganismen auf der Erde gehören“, erklärt Bienhold.

Eine Gruppe mit vielfältigen ökologischen Rollen

In ihrer Studie stellen die Autorinnen und Autoren auch das bisherige Wissen über die Diversität und Verbreitung dieser Bakterien dar. Dieses basiert auf DNA-Sequenzdaten, die sich innerhalb der letzten zwei Jahrzehnte in öffentlichen Datenbanken angesammelt haben, beinhaltet aber auch eine Reihe neuer Daten, unter anderem vom arktischen Tiefseeboden an dem vom Alfred-Wegener-Institut betriebenen Langzeitobservatorium HAUSGARTEN. „Unsere Analysen zeigen, dass die Gruppe Woeseiales eine Vielzahl von Organismen mit unterschiedlichen Lebensweisen umfasst“, erklärt Pierre Offre, Leitautor der Studie. „Zum Beispiel leben im gleichen Stück Meeresboden verschiedene Arten von Woeseiales und erfüllen vermutlich verschiedene ökologische Funktionen für den Lebensraum. Unsere Studie ist ein erster Leitfaden zur Ökologie dieser faszinierenden Gruppe.“

Die nun vorliegenden Ergebnisse deuten zudem darauf hin, dass die Woeseiales sogenanntes proteinöses Material als Nahrung nutzen könnten, beispielsweise Reste von Zellwänden und Membranen oder andere Überreste abgestorbener Lebewesen. Proteine sind eine wichtige Quelle von Stickstoff – einem grundlegenden Nährstoff für alle Lebensformen – in marinen Sedimenten. Falls die Woeseiales-Bakterien diese Proteine tatsächlich abbauen können, wäre das ökologisch bedeutsam für die Verfügbarkeit von Stickstoff im Ökosystem Meeresboden. „Ich bin überzeugt davon, dass uns weitere Untersuchungen dieser Bakterien neue Einblicke in die Kohlenstoff- und Stickstoffkreisläufe in marinen Sedimenten ermöglichen werden“, schließt Offre, der auch mit seiner Arbeitsgruppe am NIOZ den ökologischen Erfolg dieser Mikroorganismen weiter erforscht.

Tiefsee-Meeresboden am Langzeitobservatorium HAUSGARTEN in der Arktis. Die Aufnahme entstand mit dem „Ocean Floor Observation System“ des Alfred-Wegener-Instituts. (© OFOS, Alfred Wegener Institute)

Behind the paper:

Lesen Sie mehr über die Arbeit hinter dieser Publikation im entsprechenden Blogpost von Christina Bienhold und Pierre Offre: https://naturemicrobiologycommunity.nature.com/users/348350-pierre-offre/posts/59450-spotlight-on-woeseiales-bacteria-cosmopolitan-denizens-of-marine-sediments

Die hier vorgestellten Ergebnisse entstanden im Rahmen des Forschungsprojekt ABYSS unter Leitung von Antje Boetius, Gruppenleiterin am Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie und Direktorin am Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, das zwischen 2012 und 2018 von der Europäischen Forschungskommission gefördert wurde.

Weitere Informationen zu ABYSS finden Sie hier: https://erc.europa.eu/projects-figures/stories/life-deep-microbes-abyss