17.07.2009 Suedpazifik: Der lebensfeindlichste Platz im ganzen Ozean

Südpazifik: Der lebensfeindlichste Platz im ganzen Ozean

Ein internationales Forscherteam aus den USA und Deutschland findet Sauerstoff veratmende Bakterien in kohlenstoffarmen Tiefsee-Sedimenten.

Der Südpazifik zwischen dem Australischen und dem Südamerikanischen Kontinent ist das größte zusammenhängende Meeresgebiet mit einer Fläche fast doppelt so groß wie Nordamerika. Sein Zentrum, der Südpazifische Wirbel, gleicht einer ozeanischen Wüste. Hier findet man das klarste Meerwasser der Welt und einen Meeresboden mit dem geringsten Anteil an organischer Substanz, der bisher in der Tiefsee gefunden worden ist. In der renommierten Zeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)“ berichten Forscher um Steve D’Hondt von der University of Rhode Island, USA, und um Tim Ferdelman vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie (MPI) in Bremen, wie sie in acht Metern Meeresbodentiefe noch aktive, Sauerstoff veratmende Mikroorganismen in bis zu 70 Millionen Jahre alten Sedimenten entdeckten.

Ergebnisse früherer Ausfahrten (2001 und 2002) mit dem Forschungsschiff Joides Resolution wiesen Leben im 35 Millionen Jahre alten Meeresboden nach. Damals hat die Gruppe um D’Hondt zusammen mit Forschern um Bo B. Jørgensen vom Bremer MPI mittels modernster Analysetechniken gezeigt, dass Bohrkerne bis 400 Metern Tiefe unter dem Meeresboden lebende Bakterien mit bis zu einer Million Zellen pro Kubikzentimeter enthalten. Kontaminationen konnten sie ausschließen. An dem weltweiten Integrated Ocean Drilling Programm (IODP) und dem Ocean Drilling Programm (ODP) beteiligen sich hauptsächlich die USA, Japan und Deutschland. Die Forscher untersuchen die oben genannten Sedimente aller Ozeane durch Bohrungen, um das System Erde begreifen zu können. Die Erdgeschichte und die damit einhergehenden Umweltveränderungen können so in einen wissenschaftlichen Kontext gebracht werden. Ihre Analysen der Bohrkerne zeigten, dass bis zu 50 Prozent der gesamten Biomasse unseres Planeten tief im Boden verborgen ist.
Abgeschlossen unter Sedimentablagerungen laufen in der so genannten Tiefen Biosphäre mikrobiologische Prozesse zum Abbau von organischer Substanz ab. Diese stammt von abgestorbenen Organismen, die in der Wassersäule zersetzt wurden und als Flocken zum Meeresboden sinken. Dort werden sie zum Teil abgebaut. Mikroorganismen verarbeiten die Substrate hauptsächlich anaerob, also ohne Sauerstoff als Oxidationsmittel, über Fermentation, Sulfatreduktion und Methanogenese.
Hingegen weiter draußen im Ozean, fernab von Auftriebsgebieten der Kontinentalschelfe, gibt es nur sehr geringe Mengen an Kohlenstoffverbindungen, welche als Lebensgrundlage dienen könnten. Der Umsatz dieser geringen Mengen von Kohlenstoff ist bisher unerforscht. Die von Dezember 2006 bis Januar 2007 unternommene Ausfahrt mit dem Forschungsschiff RV Roger Revelle sollte Abhilfe verschaffen: Mit dem Schwerelot entnommene Sedimentproben wurden auf mikrobielle Stoffwechsel-Aktivitäten und andere chemische Komponenten geprüft. Hier im Südpazifischen Wirbel zwischen Australien und Südamerika vermuten die Forscher um D`Hondt und Jørgensen einen Prozess zur Energielieferung, der unabhängig von den Prozessen auf der Erdoberfläche funktioniert: die natürliche Radioaktivität. Radioaktive Strahlung entsteht beim Zerfall von natürlich vorkommenden Isotopen (z. B. Kalium-40). Dieser Prozess spaltet Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff (Radiolyse). Mikroorganismen könnten diesen Wasserstoff als potentielle Energiequelle nutzen. Sauerstoff aus der Wassersäule wird auch noch in tiefen Sedimentschichten gefunden, weil die mikrobielle Aktivität so gering ist. Die Mikroorganismen scheinen den Wasserstoff genauso schnell zu verbrauchen, wie er durch den Prozess der Radiolyse produziert wird. Einen wirklichen Nachweis der Nutzung von Wasserstoff durch Bakterien gilt es noch zu erbringen. „Je tiefer wir bohren, um so mehr wird Wasserstoff die einzige verbleibende Nahrungsquelle sein. Das gilt es in Zukunft zu überprüfen“, betont D’Hondt, von der Rhode Island University, USA.

In dieser ozeanischen Wüste ist nur eine geringe Menge von mikrobieller Biomasse vorhanden – 1000 bis 10 000 mal weniger Zellen pro Kubikzentimeter als in den anderen Untersuchungsgebieten an Kontinentalhängen. Allerdings ist die einzelne Zelle 100 Mal aktiver als ihre Artgenossen aus anoxischen (sauerstofffreien) Sedimenten.
Jedoch zeigen im Endeffekt die Sedimente im Südpazifischen Wirbel um den Faktor zehn bis 1000 mal weniger Atmungs-Aktivität als andere Tiefsee-Sedimente. Der Grund liegt in der geringen Kohlenstoffverfügbarkeit.

Ungewöhnlich für dieses Stück Meeresboden ist der hohe Sauerstoffgehalt. In anderen Sedimenten dringt der Sauerstoff nur wenig in den Meeresboden ein. Nach wenigen Millimetern bis Zentimetern ist er schon verbraucht. Die Forscher waren überrascht: Im Südpazifischen Wirbel fanden sie bis zu einer Tiefe von acht Metern Sauerstoff in hohen Konzentrationen. „Das war die größte Sauerstoff-Eindringtiefe, die je gemessen worden ist“, begeistert sich Jan Fischer, ein beteiligter Forscher des Max-Planck-Institutes in Bremen. Wahrscheinlich reicht der Sauerstoff bis zu den weiter unten liegenden Basaltschichten. Die Mengen reichen für die Bakterien aus, um die wenige organische Substanz sogar noch mit Sauerstoff oxidieren zu können. Die Wissenschaftler vermuten, dass die Bedingungen, wie sie mitten im Südpazifik-Wirbel vorliegen, charakteristisch sind für die meisten anderen Ozeansysteme mit geringem Nährstoffgehalt. Sie erhoffen sich mit der Charakterisierung dieses Lebensraumes Einblicke in das Gesamtsystem der Meeres-Sedimente zu erlangen, da diese ozeanischen Extremstandorte einen großen Teil der Meere ausmachen.

Susanne Borgwardt


Rückfragen an:
Timothy G. Ferdelman, Ph.D., Tel: 0421 2028 – 632, E-Mail: [Bitte aktivieren Sie Javascript]
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Originalartikel:

Subseafloor sedimentary life in the South Pacific Gyre.
Steven D’Hondt, Arthur J. Spivack, Robert Pockalny, Timothy G. Ferdelman, Jan P. Fischer, Jens Kallmeyer, Lewis J. Abrams, David C. Smith, Dennis Graham, Franciszek Hasiuk, Heather Schrum, and Andrea M. Stancin. Proceedings of the National Academy of Science, Vol. 106, No. 28, p. 11651-11656, July 2009. doi:10.1073/pnas.0811793106


Beteiligte Institute:

Max Planck Institute for Marine Microbiology, Celsiusstrasse 1, 28359 Bremen, Germany

Graduate School of Oceanography, University of Rhode Island, Narragansett Bay Campus, South Ferry Road, Narragansett, RI 02882, USA

Department of Geosciences, University of Potsdam, Haus 27, Zi. 0.34, Karl-Liebknecht-Strasse 24, 14476 Golm, Germany

Department of Geography and Geology, University of North Carolina at Wilmington, DeLoach Hall, 601 South College Road, Wilmington, NC 28403, USA

Department of GeologicalSciences,UniversityofMichigan,2534 C.C. Little Building, 1100 North University Avenue, Ann Arbor, MI 48109, USA