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Außergewöhnliche Lebensgemeinschaft

Von Kurt de Swaaf

Wissen
Die sulfatverwertende Bakterie Desulfovibrio vulgaris. Foto: wikimedia commons/Bradley

US-Forscherinnen entdecken Tiefsee-Mikroorganismen mit tollen Fähigkeiten. | Heidelberg. Das Eel River Becken, rund 60 Kilometer vor der Küste Nordkaliforniens: Der Pazifik ist an dieser Stelle zwar "nur" 520 Meter tief, doch Licht dringt dort unten nicht mehr durch. Grauer Schlick bedeckt den Meeresgrund. An verschiedenen Stellen quillt Methangas in Blasen hervor. Es gibt Muschelkolonien, und seltsame Seesterne kriechen umher.


Der Boden birgt ein Geheimnis. Er ist bewohnt von Mikroorganismen, deren Lebensgemeinschaften über eine bislang unbekannte Überlebensstrategie verfügen. Die Biologin Victoria Orphan vom California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena hat zusammen mit zwei Kolleginnen im oben genannten Seegebiet Bodenproben entnommen und die darin lebenden Mikroben im Labor unter verschiedenen Bedingungen kultiviert. Ihr Interesse galt Archaeen, primitiven Einzellern des Typus ANME-2, und sulfatverwertenden Bakterien der Gattungen Desulfosarcina/Desulfococcus, kurz DSS. Beide Gruppen tun sich in sogenannten Konsortien zusammen. Einige hundert Zellen verkleben sich miteinander und bilden so lebendige Mikropartikel.

Bioverfügbarer Stickstoff

ANME und DSS haben offensichtlich eine besondere Form der Zusammenarbeit entwickelt. Im Wissenschaftsmagazin "Science" (Band 326, Seite 422) erklären die Caltech-Forscherinnen, dass die Archaeen nicht nur in der Lage sind, aus dem Meeresboden entweichendes Methan umzusetzen und so Energie zu gewinnen, sondern anscheinend auch anorganischen Stickstoff (N2) binden und biologisch verwertbar machen können. Eine Fähigkeit, die nur wenige Organismen haben. Bioverfügbarer Stickstoff ist ein für Wachstumsprozesse unerlässlicher Grundstoff. Er wird vor allem bei der Proteinsynthese benötigt.

Der von den Tiefsee-Archaeen gebundene Stickstoff kommt nicht nur ihnen selbst zugute. Dank einer speziellen Massenspektrometrie-Technik konnten Victoria Orphan und ihr Team beobachten, wie sich im Labor zugeführter 15N-Stickstoff nicht nur in den ANME-Zellen anreicherte, sondern auch in den DSS-Bakterien, aber nicht so stark. Mit anderen Worten: Die Archeen geben einen Teil des mühsam gewonnenen Stickstoffs an ihre Mitbewohner weiter. Aber welchen Vorteil haben die Spender davon?

Stickstoff-Fixierung ist ein energetisch sehr kostspieliger Prozess, und die Energiegewinnung aus Methan wäre für die Archaeen im Alleingang nicht effizient genug, erklärt Victoria Orphan gegenüber der "Wiener Zeitung". Vermutlich helfen die DSS-Bakterien ihren ANME-Nachbarn mittels der von ihnen praktizierten Sulfat-Reduktion bei der Methan-Umsetzung. Eine komplexe chemische Wechselwirkung zwischen zwei völlig verschiedenen Mikroorganismen.

Die Entdeckung dieser ANME/DSS-Syntrophie genannten Kooperation wirft neues Licht auf ein altes Problem: Nach bisherigen Berechnungen ist der Stickstoff-Haushalt der Ozeane unausgeglichen. Es scheint weniger biologisch verwertbares Stickstoff einzufließen als verbraucht wird. Doch vielleicht wird dieses Defizit durch Archaeen und andere, noch unbekannte Mikroorganismen wettgemacht. In der Tiefsee könnten sich noch weitere Stickstoff-Fixierer verstecken.

Costa Rica-Expedition

Als Nächstes wolle man herausfinden, wie der ANME/DSS-Stickstoff in das ozeanische Ökosystem einfließt, welche Organismen sich von den Konsortien ernähren, sagt Victoria Orphan. "Im kommenden Jänner werden wir deshalb mit einem Team vom Scripps Ozeanographischen Institut zu einem Gebiet vor der Küste Costa Ricas fahren". Dort hoffen die Wissenschafter neue Erkenntnisse zu gewinnen.