Am Meeresgrund im südpazifischen Wirbel befindet sich eine Sedimentschicht, die zu den am stärksten nährstoffarmen Umgebungen der Erde gehört. Aufgrund der Bedingungen in diesem Gebiet gibt es fast keinen „Meeresschnee“ – den im Ozean üblichen Schauer von organischen Abfällen –, der auf den Meeresboden fällt. Ohne all diese organischen Abfälle, die auf den Boden fallen, herrscht dort ein ernsthafter Mangel an Nährstoffen, und das macht diesen Ort zu einem der am wenigsten gastfreundlichen Orte der Erde.
Ein Forscherteam entnahm Sedimentproben aus diesem Gebiet und extrahierte 101,5 Millionen Jahre alte Mikroben. Als sie diese Mikroben „fütterten“, erwachten sie wieder zum Leben.
Die Ergebnisse erweitern unser Wissen über mikrobielles Leben und wie lange es ruhen kann, wenn die Bedingungen es erfordern.
Der Ozean kann einem Wald ähnlich sein. In einem Wald sammeln sich Blätter und Ablagerungen auf dem Waldboden an und bieten einen reichen Nahrungsgrund für Mikroben und andere Lebewesen. Im Ozean sind es keine Blätter, sondern abgestorbene Pflanzen, Tiere und anderes Material in der Nähe der Meeresoberfläche, die sterben und zum Meeresboden treiben. Dass Meeresschnee Das Material bildet eine nährstoffreiche Schlammschicht, die mehrere Meter dick sein kann. Auf diese Weise bewegt sich Energie von der gut beleuchteten Oberfläche der Ozeane in die dunklen Tiefen.
![Meeresschnee ist der Schauer organischen Materials, das von den sonnenbeschienenen Oberflächenregionen des Ozeans in die dunklen Tiefen fällt. Bildnachweis: Von NOAA National Ocean Service – Auszug aus diesem Commons-Bild (siehe [1]), Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=86227762](http://ferner.ac/img/blog/20/microbes-were-dormant.jpg)
Meeresschnee ist der Schauer organischen Materials, das von den sonnenbeschienenen Oberflächenregionen des Ozeans in die dunklen Tiefen fällt. Bildnachweis: Von NOAA National Ocean Service – Auszug aus diesem Commons-Bild (siehe [1]), Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=86227762
Die NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) sagt, dass etwa 75 % des Meeresbodens von diesem Schlamm bedeckt sind und er an manchen Stellen sehr dick ist. Sie sagen auch, dass es alle Millionen Jahre um bis zu sechs Meter wachsen kann. Aber in diesem Bereich sammelt es sich nur 1 bis 2 Meter pro Million Jahre an. Da es sich hier so langsam ansammelt, sind alte Schichten nicht so tief vergraben und besser zugänglich. Es ist immer noch nicht einfach, denn einige der Proben wurden in Wasser genommen, das über 5 km (3,1 Meilen) tief ist.
Bei dieser Forschung sammelte das Team Proben aus sauerstoffarmen Schlamm, der etwa 101,5 Millionen Jahre alt ist. Dann setzten sie die Mikroben unter Laborbedingungen Nährstoffen und Sauerstoff aus. Sie erwachten wieder zum Leben und waren damit beschäftigt, das zu tun, was Mikroben tun: sich zu ernähren und sich zu vermehren.
'Sie behielten ihr Leben bis zu 100 Millionen Jahre lang.'
Yuki Morono, Hauptautor, JAMSTEC
Die Ergebnisse dieser Forschung werden in einem neuen Papier mit dem Titel „ Aerobes mikrobielles Leben besteht in oxischen Meeressedimenten bis zu einem Alter von 101,5 Millionen Jahren .“ Hauptautor ist Yuki Morono, ein Geomikrobiologe von der Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology. Das Papier ist in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
„Unsere Hauptfrage war, ob Leben in einer so sehr nährstoffarmen Umgebung existieren kann“, sagte Hauptautor Morono. „Wir haben uns damit beschäftigt, wie gering die Mikroben ihr Leben ohne Nahrung aufrechterhalten können.“
Die Sedimentproben wurden 2010 im Rahmen der Integriertes Ozean-Entdeckungsprogramm (IODP) Expedition 329 . Diese Proben sind die ältesten jemals untersuchten Meeresproben, und sie wurden in einem Labor mit strengen Biosicherheitsvorschriften behandelt. Im Labor wurden sie inkubiert und mit Kohlenstoff- und Stickstoffsubstraten gefüttert. Kohlenstoff und Stickstoff wurden mit Isotopen markiert, sodass der Verbrauch mit Sekundärionen-Massenspektrometrie (NanoSIMS) im Nanometerbereich verfolgt werden konnte.
Die Proben aus dem Meeresboden in dieser Studie wurden 2010 während einer zweimonatigen Expedition durch den südpazifischen Wirbel gesammelt. Die Expedition startete von Tahiti und beprobte mehrere Orte auf ihrem Weg nach Neuseeland. Bildquelle: IODP JRSO
Nach 68 Tagen waren die Populationen um vier Größenordnungen gestiegen, ein Ergebnis, das die Forscher verblüffte. Und über 99% der Mikroben in ihrer Probe erwachten wieder zum Leben. Dies ist ein schockierendes Ergebnis: Nach etwa 100 Millionen Jahren in einer nährstoffarmen Umgebung konnte der Großteil der Probe erfolgreich wiederbelebt werden.
„Eines der überraschenden Dinge ist, dass bis zu 99,1% der Mikroben ihre Aktivität behalten konnten, um zusätzliches Substrat aufzunehmen“, sagte Morono, „was bedeutet, dass sie am Leben waren. Sie behielten ihr Leben bis zu 100 Millionen Jahre lang.“
Es gab zwei Arten von Mikroben im Sediment: anaerobe und aerob. Während die aeroben Mikroben schnell wieder zum Leben erwachten, taten dies die anaeroben nicht. Nur eine minimale Anzahl anaerober Mikroben wurde wiederbelebt.
In ihrem Papier sagen die Autoren: „Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass mikrobielle Gemeinschaften, die in organisch-armen Abgrundsedimenten weit verbreitet sind, hauptsächlich aus Aerobiern bestehen, die ihr metabolisches Potenzial unter extrem niedrigen Energiebedingungen für bis zu 101,5? Ma beibehalten.“
Den Forschern ist nicht klar, wie genau diese Populationen so lange im niederenergetischen Sediment überdauern konnten. Die Mikroben haben möglicherweise in einer Art „angehaltener Animation“ verharrt oder sich gelegentlich geteilt. Sie wissen also immer noch nicht, wie verschiedene Arten von Organismen in dieser Situation in einem depressiven Stoffwechselzustand überleben können, ohne sich zu teilen.
Besatzungsmitglieder der Expedition 329 untersuchen einen der Kerne. Die Kerne werden zunächst in einem Kühlraum gelagert, damit der Sauerstoffgehalt gemessen werden kann. Dann werden sie einem extremen Druck ausgesetzt, um das Wasser herauszupressen. Bildquelle: IODP
Es ist bekannt, dass Sporen kann in unwirtlichen Umgebungen über lange Zeiträume überleben. Aber sie sind spezialisierte, langfristige Überlebensstrukturen, die so spezialisiert sind, dass sie möglicherweise sogar im Weltraum überleben können. Aber in dieser Studie war ein großer Teil der gefundenen Mikroben nicht sporenbildend und sie überlebten trotzdem.
Das Sediment ist nicht anoxisch, was dieser Arbeit eine weitere Falte hinzufügt. Sauerstoff hat eine abbauende Wirkung, daher ist die Tatsache, dass diese Organismen in Gegenwart von Sauerstoff über so große geologische Zeitskalen hinweg überlebt haben, beeindruckend. Die Forscher wissen jedoch nicht, wie weit und gleichmäßig der Sauerstoff verteilt ist, daher ist es möglich, dass es Regionen oder kleine Gebiete mit sehr niedrigem Sauerstoffgehalt gibt, die das Überleben der Mikroben verbesserten.
Aber trotzdem ist das Fazit klar. Wie die Autoren schreiben, legen die Ergebnisse „… zusammenfassend nahe, dass mikrobielle Gemeinschaften in oxischen Sedimenten unter dem Meeresboden in metabolisch aktiver Form für mindestens 101,5 Millionen Jahre bestehen bleiben“.
Der South Pacific Gyre ist ein Wirbel gegen den Uhrzeigersinn im Pazifischen Ozean. Es ist der Standort, der am weitesten von allen Kontinenten und produktiven Ozeanregionen entfernt ist. Der Meeresschnee in dieser Region ist schwach und sammelt sich langsam auf dem Meeresboden, was ihn zu einem idealen Ort macht, um alte Sedimente zu untersuchen. Bildnachweis: Von Jack · Talk · – Ausschnitt aus Image:Ocean currents 1943 (borderless).png, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3841909
Auf eine kleine, tangentiale Weise – auch wenn dies für Mikrobiologen offensichtlicher ist als für den Rest von uns – sind die Ergebnisse irgendwie enttäuschend. Wie die Autoren in ihrem Papier erklären, „muss eine Zelle eine bestimmte Menge Kohlenstoff im Verhältnis zu ihrer eigenen Biomasse metabolisieren, bevor sie ihre Größe verdoppeln, sich teilen oder sogar einen stoffwechselaktiven Zustand aufrechterhalten kann.“ Diese Mikroben benötigen also Kohlenstoff als Nahrung. Aber ihr Kohlenstoff musste noch von der Oberfläche kommen. Forscher fragen sich, ob sie eines Tages eine sedimentäre Mikrobe finden werden, die für ihre Nahrung nicht auf die Oberfläche angewiesen ist. Es ist eine Art Heiliger Gral in der Mikrobiologie. Wenn einer gefunden würde, würde dies unser Verständnis davon verändern, wie das Leben auf der Erde funktioniert und wo und wie wir Leben auf anderen Planeten oder Monden finden könnten.
Aber das ist nicht wirklich ein Nachteil. Diese Studie erweitert erneut unser Verständnis der Biosphäre der Erde und wie widerstandsfähig sie sein könnte. Es ist sehr beeindruckend, uraltes Leben auf dem Grund des unproduktivsten Teils der Weltmeere schlummern zu lassen und es wieder zum Leben zu erwecken.
Jetzt wissen wir also, dass mikrobielles Leben in energie- und nährstoffarmen Umgebungen über 100 Millionen Jahre überleben kann. Aber wir wissen immer noch nicht, was die Grenze ist. Kann es noch länger überleben? 200 Millionen Jahre? 300 Millionen?
Wer weiß.
