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Forscher weisen große Zahl an ruhenden Bakterien in der tiefen Biosphäre nach
Eine Untersuchung von Meeressedimenten aus der ganzen Welt zeigt, dass schlafende bakterielle Endosporen einen signifikanten Anteil an der gesamten mikrobiellen Biomasse ausmachen. Für eine Studie haben Forschende zum ersten Mal ihre Zahl genauer bestimmt. Jetzt wurden die Ergebnisse von Dr. Lars Wörmer vom MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen und seinen Co-Autoren in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.
Marine Sedimente beherbergen eine große Masse an Mikroorganismen, darunter sind auch Endosporen, resistente, ruhende Bakterien, die zur Gruppe der Firmicutes- Bakterien gehören – und sie sind wahre Überlebenskünstler. Sie können vom Ruhe- in den vitalen Modus wechseln, sobald die Bedingungen in ihrem Lebensraum es zulassen. Forscher haben jetzt zum ersten Mal die Zellen zahlenmäßig bestimmt.
Ziel des Teams um Lars Wörmer war es, mit den Daten die Diversität an Systemen abzudecken, um so ein globales Verständnis für das Vorkommen von Endosporen zu bekommen. Dafür haben sie Sedimentproben aus allen Teilen der Welt und verschiedenen Tiefen ausgewertet.
Bereits seit den 1990er-Jahren ist bekannt, dass in der Tiefsee nicht nur Ödnis herrscht, sondern dass es auch in den marinen Sedimenten Leben gibt. Seitdem arbeiten Forschende daran zu verstehen, wie das Leben der Organismen in der Tiefe funktioniert, an einem lebensfeindlichen und nährstoffarmen Ort. Je tiefer im Meeresboden, desto widriger die Umstände: die Temperatur steigt, es gibt kaum Energiequellen. Ab einer Tiefe von etwa 25 Metern unter dem Meeresboden gibt es mehr Endosporen als andere lebende Zellen. Mit der Tiefe steigt also die Zahl der ruhenden Zellen. Unklar ist jedoch, ob die Lage im Meeresboden auch Informationen zum geologischen Alter gibt, oder aber ob sich die Endosporen irgendwann während der Anlagerung gebildet haben. „Wir kennen das Alter der Ablagerungen“, sagt Lars Wörmer, „wissen aber nicht, ob die Endosporen ebenso alt sind.“
Um die Sporen nachzuweisen, haben die Forschenden den Biomarker Dipicolinsäure (DPA) genutzt. DPA stabilisiert die Spore. Wenn die Zellen entweder sterben oder aber wieder erwachen, wird DPA ausgeschüttet, ist dann also nicht mehr nachweisbar. Die Forscher haben in mehr als 300 marinen Sedimentproben, die zwischen 2002 und 2015 auf insgesamt 15 Schiffsexpeditionen gewonnen wurden, gezielt nach DPA gesucht. Der Biomarker ist bereits seit den 1960er-Jahren bekannt, allerdings wurde eine passende Analytik für Endosporen in Sedimenten erst 50 Jahre später entwickelt.
Welche ökologische Rolle Endosporen in ihrem Lebensraum einnehmen, ist bislang nicht klar. Die Forschenden vermuten, dass die älteren Endosporen als eine Art Samenbank in der Tiefe existieren und hier die genetische Vielfalt bewahren – bis sie auf ein günstigeres Lebensumfeld treffen und sich reaktivieren. Gerade das macht für Lars Wörmer die Faszination aus, sich mit der tiefen Biosphäre zu beschäftigen. „Man weiß teilweise gar nicht, was sich in den Meeressedimenten verbirgt – und warum.“ Künftig müssten er und Kollegen sich mit Überlebensformen, aber ebenso auch mit ihren Aufwachmechanismen beschäftigen.
Link zur Studie: advances.sciencemag.org/content/5/2/eaav1024.