In der Mitte des Atlantiks stießen Forscher auf einen bislang unbekannten Teil des globalen Kohlenstoffkreislaufs. Unterirdisch lebende Mikroben bauen in der Ozeankruste Reststoffe ab, die ihre Verwandten im offenen Ozean verschmähen. Das berichten Thorsten Dittmar vom ICBM und Kollegen in der Zeitschrift Nature Geoscience.
Es ist eines der spannendsten Rätsel der Meeresforschung: In den Ozeanen steht eine reichhaltige Nahrungsquelle zur Verfügung – doch kaum ein Lebewesen nutzt sie. Das nährstoffreiche Stoffgemisch, um das es geht, wird von Fachleuten als „gelöstes organisches Material“ bezeichnet. Der darin enthaltene Kohlenstoff entspricht in etwa der Menge, die in der gesamten Landvegetation gespeichert ist. Dennoch treiben die organischen Verbindungen im Schnitt einige Jahrtausende lang unangetastet im Meer herum.
Nun hat sich herausgestellt, dass es durchaus Mikroorganismen gibt, die sich von dem schwer verdaulichen Mix ernähren. Sie leben allerdings nicht im offenen Ozean, sondern tief im Meeresboden, genauer gesagt: in poröser, vulkanischer Ozeankruste. Dort vertilgen Bakterien offenbar die Abfälle, die ihre Verwandten im Meer links liegen lassen. Das ist das Ergebnis einer Studie, an der die Oldenburger Geochemiker Prof. Dr. Thorsten Dittmar und Dr. Helena Osterholz vom Institut für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM) beteiligt waren. Das internationale Forscherteam hat diese im April im Fachmagazin Nature Geoscience vorgestellt. Dittmar, Leiter der Forschungsgruppe für Marine Geochemie, die zum ICBM und zum Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen gehört, war einer der Hauptautoren.
Wasserkreislauf im Meeresboden
Die Wissenschaftler untersuchten Wasserproben aus mehreren Bohrungen in der Sargassosee östlich von Florida. Das Untersuchungsgebiet liegt am Mittelatlantischen Rücken, einem gewaltigen Unterwassergebirge, das sich einmal längs durch den Atlantik zieht. 2012 und 2014 entnahmen Wissenschaftler auf dem deutschen Forschungsschiff Maria S. Merian Wasserproben aus fest installierten Observatorien in mehreren Bohrungen innerhalb eines mehr als 4.000 Meter tiefen Ozeanbeckens am Rand des Gebirgszuges. Die Bohrungen reichen bis zu 300 Meter tief in den Meeresboden, wo sich festes, aber poröses Vulkangestein befindet. „Die Observatorien erlauben es uns, den Abbau des gelösten organischen Materials über lange Zeiträume zu untersuchen – das wäre in keinem Laborversuch möglich“, berichtet Osterholz. Am ICBM, wo sich eines der leistungsfähigsten Massenspektrometer der Welt befindet, wurde die Zusammensetzung des gelösten organischen Materials untersucht.
Die Forscher stellten fest, dass der Meeresboden einem natürlichen Bioreaktor gleicht: In der vulkanischen Kruste zirkuliert ihren Messungen zufolge Meerwasser, aus dem nach und nach ein erheblicher Teil des organischen Stoffgemischs verschwindet. Isotopenmessungen ergaben, dass Mikroben an dem Abbau beteiligt sind. „Die Bakterien dort sind Resteverwerter. Sie müssen fressen, was ankommt“, erläutert Osterholz. Dabei sind die unterirdischen Mikroorganismen offenbar nur bedingt wählerisch: Die Forscher wiesen nach, dass sich die molekulare Zusammensetzung so änderte, wie es für mikrobiellen Abbau typisch ist. Dennoch blieb eine große Ähnlichkeit zum Ursprungsmaterial aus dem Meer erhalten.
Ausgehungerte Mikroben vertilgen die Reste
Jeder Liter Meerwasser enthält zwar nur rund ein Milligramm gelöster organischer Substanzen, doch global gesehen summiert sich die darin enthaltene Kohlenstoffmenge auf etwa 700 Milliarden Tonnen. Die Hauptquelle des vielfältigen Stoffgemischs sind Algen und Bakterien, die ihre Stoffwechselprodukte ins Wasser abgeben oder sich nach ihrem Tod auflösen. Auch vom Land wird Material eingetragen. Doch warum nutzen Meeresbakterien diese üppige Nahrungsquelle nicht? „Die Stoffmischung besteht aus vielen verschiedenen Molekülen. Womöglich lohnt es sich für Bakterien nicht, für einzelne Verbindungen, auf die sie selten treffen, einen speziellen Stoffwechselweg anzuwerfen“, erläutert Dittmar eine Hypothese. Die tiefe Biosphäre hingegen, jene ausgehungerte Gemeinschaft von Mikroben im Untergrund, ist da offenbar weniger anspruchsvoll – und hat außerdem viel mehr Zeit.
