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Bakterium im Mikroskop

Überleben ohne Licht

Um Kohlenstoff in Biomasse umzuwandeln, verwenden Pflanzen und viele Mikroorganismen Sonnenlicht als Energiequelle. Eine Studie zeigt, wie Bakterien in der völligen Dunkelheit der Tiefsee wachsen: mit Schwefelverbindungen als "Treibstoff".

Tiefsee-Bakterien 02.09.2011

Mikroben mit Pflanzenenzym

Die Tiefsee ist der größte Lebensraum der Erde und wohl auch die größte Unbekannte der Ökologie. So finden sich etwa zwei Drittel aller Mikroorganismen des Meeres unterhalb von 200 Meter Tiefe, wo ewige Dunkelheit herrscht.

Die am besten untersuchten Kohlendioxid-fixierenden Mikroben der Tiefsee sind die sogenannten Nitrifizierer: Sie wandeln Ammonium in Nitrat um und gewinnen dadurch Energie. Messungen haben aber gezeigt, dass deutlich mehr Kohlendioxid gebunden wird, als durch die Nitrifizierung erklärt werden kann.

Studie

"Potential for Chemolithoautotrophy Among Ubiquitous Bacteria Lineages in the Dark Ocean", Science (Bd. 333, S. 1296; doi: 10.1126/science.1203690 )

"Es muss weitere bisher unbekannte Mikroorganismen in der Tiefsee geben, die Kohlendioxid in organische Verbindungen umwandeln", erklärte der an der Studie beteiligte Leiter des Department für Meeresbiologie der Universität Wien, Gerhard Herndl.

Hinweise darauf haben nun die US- und Wiener Forscher in Wassertiefen von 200 bis 3.000 Meter im Atlantik und Pazifik gefunden. Sie entdeckten erstmals Bakterien, die wie Pflanzen das Enzym "Ribulose-Biphosphat-Karboxylase" (RuBisCO) besitzen. Dieses in allen Pflanzen vorkommende Enzym spielt bei der Photosynthese eine wichtige Rolle, also bei der Umwandlung von Kohlendioxid in organische Verbindungen.

Ob das Enzym bei den Bakterien auf die gleiche Art und Weise wirkt wie in den Pflanzen, ist noch nicht klar, "wir wissen nur, dass sie RuBisCO verwenden, um Kohlendioxid zu fixieren und somit in organischen Kohlenstoff umzuwandeln", so Herndl gegenüber der APA.

Leben in sauerstofflosen Zonen

Während die Pflanzen für diesen Prozess Sonnenlicht als Energiequelle nutzen, müssen die Bakterien in der lichtlosen Tiefsee ihre Energie aus anderen Quellen beziehen, z.B. aus der Oxidation von Schwefelverbindungen. "Wir konnten entsprechende Gene in den Mikroben finden", so Herndl.

Dass Mikroorganismen Schwefelverbindungen als "Treibstoff" nutzen, kennt man aus sauerstofflosen Lebensräumen. In den weiten Bereichen des offenen Ozeans gibt es nach Angaben der Wissenschaftler aber genügend Sauerstoff für die Bakterien. Herndl und sein Team konnten zeigen, dass eine Gruppe von Bakterien, die sowohl das Gen für RuBisCO als auch jenes zur Oxidation von Schwefelverbindungen besitzen, vorwiegend auf Partikel in der Tiefsee vorkommt.

Herndl, der im Vorjahr einen hochdotierten Förderpreis des Europäischen Forschungsrats (ERC) erhielt und heuer mit dem " Wittgensteinpreis, ausgezeichnet wurde, vermutet daher, dass diese Millimeter bis Zentimeter großen Partikel, die mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 Meter pro Tag in die Tiefsee rieseln, in ihrem Inneren sauerstofflos sind. Die Bakterien könnten also in sauerstofflosen Mikrozonen im Inneren von Partikeln existieren, auch wenn in der Umgebung durchaus genug Sauerstoff vorkommt.

science.ORF.at/APA

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