Thion steht im Griechischen für Schwefel, Ploka für Zopf. Eine äußerst zutreffende Bezeichnung für die Bakterien der Gattung Thioploca. Durch die Schwefeleinschlüsse in ihren Filamenten erstrahlen sie am Meeresgrund im hellem Weiß. Die fadenförmigen Bakterien verweben sich im Sediment zu riesigen Matten. Und die sind so dicht, dass die chilenischen Fischer von dem Bakterienrasen wahrlich ein Klagelied singen können. Besser bekannt als Estopa, im Deutschen als Flachs, verstopfen ihnen besonders im Spätsommer die Schwefelbakterien regelmäßig ihre Fangschleppnetze.

Das fadenförmige Riesenbakterium Thioploca © BGR

In den Auftriebsgebieten vor der Küste Chiles und Perus erreichen die mattenbildenden Bakterien eine Biomasse von einem Kilogramm pro Quadratmeter. Thioploca wird neben Beggiatoa und dem erst 1997 entdeckten Riesenbakterium Thiomargarita namibiensis zu der Gruppe der nitratspeichernden Schwefelbakterien gezählt.

Die fadenförmigen Bakterien sind bewegliche Filamente aus aneinandergereihten Zellen, den so genannten Trichomen. Bis zu 100 dieser Filamente werden in einer meist senkrecht ausgerichteten Hülle zusammengehalten. Die verschiedenen Arten dieser filamentösen Bakterien werden anhand des Zelldurchmessers unterschieden. Dabei kann eine Hülle mehrere Thioploca-Arten beinhalten.

Im Tunnel auf und ab
In festem Sediment bilden die Schleimhüllen eine Art Tunnelverbindung, in der die Filamente wie in einem Rohr zwischen der Wasseroberfläche und den tieferen Schichten des Meeresbodens auf und ab gleiten können. Die Hüllen reichen dabei bis zu 20 Zentimeter ins Sediment hinein und enthalten bis zu sieben Zentimeter lange fadenförmige Bakterien. Warum aber dieser Shuttle-Express?

Thioploca gewinnt seine Energie, ähnlich wie Beggiatoa und Thiomargarita durch einen chemischen Prozess. Dafür entnehmen die Bakterien der Wassersäule Nitrat und dem Meeresboden Sulfid. Da diesen nitratspeichernden Schwefelbakterien weder oben an der Sedimentoberfläche noch unten im Meeresboden beide Nahrungsgrundlagen gleichzeitig zur Verfügung stehen, nutzen sie, wie ihre deutsche Bezeichnung schon verrät, einen Speichertrick.

Oft strecken sich die Filamente weit aus der Hülle heraus, um der sauerstoffgezehrten Wassersäule Nitrat zu entnehmen und dieses in einer Vakuole zu speichern. Das unter dem Mikroskop leer erscheinende Zellinnere ist somit nichts anderes als ein mit gelöstem und aufkonzentriertem Nitrat gefüllter Speichertank. Im Meeresboden wird zeitgleich durch einen anderen bakteriellen Prozess Sulfid im Überfluss produziert. Dieser wird von Thioploca in unteren Schichten des Sediments aufgenommen und als Schwefeleinschlüsse im Zytoplasma der Zellen gespeichert.

Und ohne Hülle?
Ein guter Trick, der aber nur funktioniert, wenn das Sediment der Hülle mit den gebündelten Filamenten genug Halt gibt. Ist der Meeresboden zu weich, können die Hüllen nicht vertikal ausgerichtet werden, so dass die filamentösen Bakterien ihr defektes Tunnelsystem verlassen und lose der Sedimentoberfläche aufliegen.

Fadenförmige Bakterien, die natürlicher Weise keine Hüllen mehr bilden, gehören der Gattung Beggiatoa an. Beggiatoa ist ein weltweit verbreiteter Organismus, der sowohl im Süßwasser, als auch im Wattenmeer und an hydrothermalen Quellen zu Hause ist. Die fadenförmigen Bakterien verweben sich an der Sedimentoberfläche mit- und ineinander und legen sich wie ein weißes Tuch über den Meeresgrund.