Mikroben leben ohne Licht und Luft unter dem Meer
Die Ozeankruste ist das größte Ökosystem des Planeten. Jetzt weiß man: Dieses Riesen-Ökosystem ist voller Leben. Bakterien leben dort unter schwierigsten Bedingungen und haben eine spezielle Chemosynthese entwickelt.
„Das Leben findet einen Weg“, sagt der sympathische Chaostheoretiker Dr. Ian Malcolm im Spielberg-Reißer „Jurassic Park“ aus dem Jahre 1993 lakonisch und wissend, als ihm der ganze Stolz der Saurierparkleitung vorgestellt wird – Kontrolle total über dem Park, es gab nur selber gezüchtete und ausschließlich weibliche Tiere. Die Saurier im Park waren somit ohne jede Chance auf Fortpflanzung. Eine sichere Sache, sollte man meinen. Man weiß, wie die Geschichte ausgegangen ist, das Leben fand einen Weg.
Ganz ähnlich verhält es sich mit dem Fund, den der Mikrobiologe Mark Lever von der dänischen Universität Aarhus vor der Nordwestküste der USA in Gesteinsproben aus den Tiefen der Ozeankruste gemacht hat. Dort leben Bakterien, vollkommen isoliert von Allem, was Leben spendet. Sie leben dort fern von jedem Sonnenstrahl und fern von Sauerstoffmolekülen, landläufig die beiden notwendigen Bedingungen für die Entstehung und die Existenz von Leben auf der Erde. Die Bakterien im Basaltgestein tief unter dem Ozeanboden haben einfach einen vollkommen anderen Weg gefunden, ihre Energie für das Leben zu erzeugen.
Schwarze Raucher in der Tiefsee sind vielfältige Biotope für Bakterien und Archaeen
Nun gab es schon in 1970er Jahre erste Hinweise darauf, dass es Leben in der Gesteinskruste der Erde gibt. Damals stießen die Forscher im Ölschlamm von Tiefenbohrungen, aber auch im heißen Wasser, das aus den schwarzen Rauchern am Grund der Tiefsee quillt, auf speziell angepasste Bakterien und Archaea. „Solche heißen Quellen kommen vor allem an den Grenzen von tektonischen Platten vor, dort, wo neugebildete oder frisch absinkende Kruste auf Meerwasser trifft“, erklärt Mark Lever den kleinen Unterschied. Denn immerhin ist diese Kruste im direkten Kontakt mit Meerwasser und deshalb finden Bakterien dort auch Bedingungen vor, unter denen Leben durchaus entstehen kann.
Tausende Kilometer von diesen aktiven Plattenrändern entfernt und noch dazu hunderte Meter tief im vollkommen isolierten Krustengestein gab es jedoch noch nie einen Beleg für die Existenz von Leben. Bis jetzt. Jetzt gibt sogar es den eindeutigen Beweis dafür. Das Leben findet einen Weg.
Für ihren Sensationsfund haben die Forscher um den Mikrobiologen Mark Lever auch einigen Aufwand betrieben. Ein speziell isolierter Bohrer drang im Jahre 2004 im Rahmen des Integrated Ocean Drilling Programm (IODP) erst bis in eine Wassertiefe von 2500 Meter vor, von dort drang er mehrere hundert Meter durch das Sediment bis hinein in das Basaltgestein des Felsenuntergrunds. „Um Kontaminationen zu vermeiden, nahmen wir die Gesteinsproben 55 Kilometer von der nächsten Stelle entfernt, an der Meerwasser durch Risse bis zum Basalt vordringen kann“, erläutert Lever. Diese aus vollkommen isolierten Basaltgesteinsschichten gewonnenen Bohrkerne hievten sie an Bord und zerteilten sie mittels steriler Werkzeuge.
Vermehrung liefert den Beweis für Leben im Gestein
Aus der Analyse der chemischen Zusammensetzung des Porenwassers lässt sich erkennen, dass dieses Gestein schon eine sehr lange Zeit vom Ozean isoliert war. So findet sich in dem rund 3,5 Millionen Jahre alten Basalt keinerlei durch Photosynthese erzeugter Sauerstoff. Darüber hinaus belegen die chemischen Analysen, dass das in den Gesteinsporen enthaltene organische Material nicht von abgestorbenen Algen oder anderen Meereslebewesen stammt, sondern an Ort und Stelle gebildet wurde. Ein starker Hinweis auf Leben im tiefen Krustengestein.
Gesteinsproben aus dem Basalt unter dem Nordatlantik.
Quelle: IODP
Die nächste Spur brachte die Untersuchung nach mikrobieller DNA. „Zu meiner großen Überraschung identifizierte ich darin Gene, die von Methan produzierenden Lebewesen stammen“, sagt Lever. Die Forscher fanden Hinweise auf die Existenz von Sulfat-reduzierenden und Methan-bildenden Bakterien. Unter anderem mit Hilfe bestimmter Atomsorten – so genannter Isotope – wiesen sie anschließend Stoffwechselprodukte der Bakterien im Basaltgestein nach.
Diese Gene und diese Stoffwechselprodukte hätte allerdings auch fossile DNA von längst abgestorben Mikroben sein können. Der Nährboden lieferte dann den abschließenden Beweis für die Existenz von Leben: Die Forscher kultivierten Proben aus dem Gestein auf Nährmedien. Schon kurze Zeit später bildeten sich Bakterienkolonien. Und die Forscher maßen eine deutliche Methanproduktion. Ein klares Lebenszeichen der im Gestein lebenden Organismen.
„Damit liefern wird den ersten Beweis für Leben in den Tiefen der ozeanischen Kruste“, freut sich Mark Lever, der auch schon eine Vorstellung vom Stoffwechsel der Mikroben hat. „Es gibt viele kleine Adern in der basaltischen Kruste, durch die Wasser fließt“, erklärt er. „Dieses Wasser reagiert mit reduzierten Eisenverbindungen im Basalt wie Olivin und setzt dabei Wasserstoff frei. Das wiederum nutzen die Mikroben als Energiequelle, um Kohlenstoff in organische Verbindungen umwandeln zu können.“
Extraterrestrisches Leben auf Basis von Chemosynthese möglich
Die Forscher sind sich sicher, dass sie mit ihrem Fund in der tiefen Ozeankruste auf eine echte tiefe Biosphäre gestoßen sind. Ein ausgedehntes Ökosystem, deren Bewohner ohne Luft und Sonne allein auf Basis der Chemosynthese überleben. Die Ozeankruste bedeckt 60 Prozent der Erdoberfläche und gilt damit als größtes Ökosystem der Welt.
Dieses Ökosystem scheint nach den Funden von Mark Lever und seinem Team nun also ein belebtes Ökosystem zu sein. Der Mikrobiologe denkt jetzt schon weiter und spekuliert über außerirdisches Leben im Weltall: „Das Leben in der Ozeankruste unter dem Meeresgrund wird aus Energiequellen gespeist, die vollkommen anders sind als die, die das Leben in den Schlammschichten auf dem Meeresboden und in der Wassersäule speisen“, so Lever. „Es ist möglich, dass Leben, das auf Chemosynthese beruht, auf anderen Planeten gefunden wird, wo die chemische Umgebung das erlaubt.“
Beim IODP machen 25 Staaten mit
Das Integrated Ocean Drilling Programm (IODP) ist ein internationales wissenschaftliches Forschungsprogramm, welches von 25 Ländern gespeist wird. Mit dabei sind zum Beispiel Japan, USA, Deutschland, Frankreich, China, Norwegen, Australien, England und die Schweiz. Das IODP baut auf verschiedene frühere Tiefseeforschungsvorhaben auf und begann seine Arbeit 2003. Das Ziel des IODP ist die Erforschung der in den Tiefseesedimenten und der Ozeankruste aufgezeichneten Geschichte der Erde. Dafür wird der Tiefseeboden beobachtet und es werden Gesteinsproben genommen und analysiert. Das IODP läuft in diesem Jahr aus. Es hat schon einen Nachfolger, dessen Abkürzung wohl auch IODP lauten wird, der im Oktober 2013 an den Start geht. „The International Ocean Dicovery Program – Exploring the Earth Unter the Sea“, wird es heißen.
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