Für den Nachweis haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Boten-Ribonukleinsäure (Boten-RNA) analysiert. Sie ist dafür verantwortlich, Informationen zur Bildung von Proteinen in Zellen zu transportieren. Diese Analyse wurde mit Messungen von Enzymaktivitäten, Mikroskopie, Kulturen und Biomarker-Analysen gekoppelt.
Das Ergebnis dieser kombinierten Untersuchungen zeigt, dass es eine vielfältige Gemeinschaft von Mikroben gibt, die als Konsumenten in der Nahrungskette agieren und so Kohlenstoff und Energie erhalten. „Organismen, die weit unter dem Meeresboden leben, leben in einer lebensfeindlichen Umgebung“, sagt Dr. Vivian Mara, WHOI-Biochemikerin und eine der Hauptautorinnen des Artikels.
Knappe Ressourcen finden ihren Weg in den Meeresboden durch Meerwasser und unterirdische Flüssigkeiten, die durch Risse im Gestein zirkulieren und anorganische und organische Verbindungen mit sich führen. „Um das spärliche Leben in diesen Steinen nachzuweisen, müssen wir auf modernste Spurenanalytik zurückgreifen“, erklärt Florence Schubotz, organische Geochemikerin am MARUM.
Kostbare Proben erforschen
Um zu sehen, welche Arten von Mikroben in diesen Extremen leben und was sie tun, um zu überleben, sammelten die Forscherinnen und Forscher während drei Monaten an Bord der Expedition 360 im Rahmen des International Ocean Discovery Program (IODP) Gesteinsproben aus der unteren ozeanischen Kruste.
Das Forschungsschiff reiste zu einem Unterwasser-Rücken namens Atlantis Bank, der den südlichen Indischen Ozean durchquert. Dort legt die tektonische Aktivität die untere ozeanische Kruste am Meeresboden frei und „bietet einen bequemen Zugang zu einem sonst weitgehend unzugänglichen Gebiet“, schreiben die Autorinnen und Autoren.
Das Team durchkämmte die Felsen nach genetischem Material und anderen organischen Molekülen, zählten Zellen und züchteten Proben im Labor, um bei der Suche nach Leben zu helfen. „Wir haben einen völlig neuen Methodencocktail angewandt, um diese kostbaren Proben so intensiv wie möglich zu erforschen“, sagt Dr. Virginia Edgcomb, Mikrobiologin am WHOI, leitende Forscherin des Projekts und Mitautorin der Arbeit.
Vielfältige Überlebensstrategien
„In Kombination erzählen die Daten eine Geschichte von Überlebenskünstlern, die es schaffen, unter unwirtlichen Bedingungen jede spärlich vorhandene Ressource zu nutzen und einzulagern.“ Florence Schubotz vom MARUM ergänzt: „Die Ergebnisse waren überraschend, da wir damit gerechnet haben, dass in diesen kohlenstoffarmen Gebieten ursprünglichere Stoffwechselwege vorherrschen, die einfache Kohlenstoffverbindungen nutzen.”
Das ist zum Beispiel an anderen extremen Standorten wie heißen Quellen der Fall. Die Studie ist ein Beleg für die vielfältigen Überlebensstrategien von Mikroorganismen im Ozeanboden. Einige Mikroben scheinen zum Beispiel Kohlenstoff in ihren Zellen zu speichern, so dass sie sich für Zeiten des Mangels bevorraten konnten.
Andere verarbeiten etwa Stickstoff und Schwefel, um Energie zu gewinnen, und scheinen dabei Vitamin E und B12 zu produzieren, Aminosäuren zu recyceln und Kohlenstoff aus schwer abbaubaren Verbindungen, den so genannten polyaromatischen Kohlenwasserstoffen, verwerten zu können. Diese neuen Einblicke in das Leben in fernen Gebieten der Erde ließen offen, wie diese mit anderen Stoffkreisläufen in den Ozeanen verknüpft sind, sagt Schubotz.
„Wenn man bedenkt, wie groß das Volumen der ozeanischen Kruste ist, können selbst niedrige Zellzahlen und langsame Stoffwechselraten einen Beitrag zu globalen Prozessen leisten.“
Quelle: MARUM – Zentrum für marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen
Originalpublikation: Virginia Edgcomb et al.; Recycling and metabolic flexibility dictate life in the lower oceanic crust; Nature, 2020; DOI: 10.1038/s41586-020-2075-5
