Wie kommen hitzeliebende Bakterien in das eiskalte Sediment der Arktis? Diese Frage hat nun ein internationales Forscherteam mit Hilfe von molekularbiologische Methoden zur Untersuchung solcher „fehlplatzierten“ Bakterien beantwortet. Die Organismen stammen vermutlich aus Ölquellen und aus den wärmeren Tiefen der Erdkruste, wie die Forscher jetzt in „Science“ berichten.
Vor mehr als 50 Jahren fand man sie – woher sie kommen, blieb aber zunächst rätselhaft: Bakterien, die sich eigentlich erst ab 50 Grad Celsius so richtig wohlfühlen, aber im arktischen Meeresbodensediment vor Spitzbergen bei Temperaturen um den Gefrierpunkt leben. Dabei ist „leben“ relativ zu verstehen, denn die gefundenen Bakterien zeigen dort wenig Neigung zu Stoffwechselaktivität und fristen ihr Dasein als Sporen, einer Überdauerungsform. Doch gerade ihr Stoffwechsel wäre eigentlich besonders interessant, sind einige doch als „Sulfatreduzierende Mikroorganismen“ (SRMs) zum Abbau organischer Materie bei fehlendem Sauerstoff fähig.
Aus der warmen Tiefe
Doch genau diese Fähigkeit gab Wissenschaftlern erste Hinweise auf eine mögliche Herkunft dieser mikrobiellen Migranten. „An bestimmten Orten unseres Planeten herrschen Lebensbedingungen, die wir als unwirtlich bezeichnen würden, bei denen sich andere aber wohlfühlen. Thermophile SRMs lieben Temperaturen über 50 Grad Celsius und die Abwesenheit von Sauerstoff. Unter solchen Umständen können diese Mikroorganismen organisches Material abbauen“, erläutert Projektleiter Alexander Loy vom Department für Mikrobielle Ökologie der Universität Wien und ergänzt: „Unterseeische Ölquellen, aber auch Lebensräume tief in der Erdkruste bieten solche Plätze und waren unsere erste Vermutung über die Herkunft thermophiler SRMs in arktischem Sediment.“
Ribsosomen-RNA im Fokus
Zur Klärung dieser Hypothese mussten Loy und sein Team zunächst molekularbiologische Methoden anwenden, die eine Bestimmung der Verwandtschaften der thermophilen Bakterien erlaubten. Im Mittelpunkt der vom Wissenschaftsfonds FWF unterstützten Arbeit stand dabei die so genannte 16S rRNA, ein Bestandteil der „Proteinfabriken“ in den Bakterienzellen. Aufgrund ihrer essenziellen Bedeutung für das Leben der Bakterien wird die 16S rRNA im Laufe der Evolution nur wenig verändert. Und diese wenigen Veränderungen erlauben Rückschlüsse auf die Verwandtschaften: Teilen zwei Arten eine dieser Veränderungen, so ist eine engere Verwandtschaft anzunehmen.
Verwandtschaft lebt in Erdölvorkommen der Nordsee
Der Erfolg dieser Arbeit stellte sich rasch ein und im September 2009 konnte das Team gemeinsam mit Kollegen des Bremer Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie sowie erste Fakten veröffentlichen. „Die engsten Verwandten der thermophilen Bakterien aus der Arktis kommen aus Erdölvorkommen in der Nordsee“, erklärt Loy. „Bis zu 96 Prozent der 16S rRNA stimmten zwischen diesen Arten und jenen aus dem arktischen Sediment überein.“ Das war ein erster Hinweis.
Kontinuierlicher Sporen-Nachschub
Ein weiterer wurde durch eine Analyse der Anzahl vorhandener Endosporen geliefert, die von Kollegen der Universitäten im amerikanischen North Carolina und im dänischen Aarhus durchgeführt wurde. Aufgrund der gefundenen Anzahl berechneten diese, dass pro Jahr und Quadratmeter 100 Millionen Bakteriensporen abgelagert werden. Das war der zweite wesentliche Hinweis auf den Ursprung dieser Bakterien. Offensichtlich muss dort eine so große Population existieren, dass eine kontinuierliche Versorgung möglich ist. Dafür kamen eigentlich nur Ölvorkommen und Ökosysteme der Erdkruste in Frage, in denen hohe Temperaturen ideale Lebensbedingungen für hitzeliebende Bakterien bieten.
Sollten diese thermophilen SRMs in arktischen Gewässern tatsächlich ihren Ursprung in unterseeischen Erdölquellen haben, dann würden die angewendeten Methoden auch einen Beitrag zur Ölexploration leisten können. Ein Aspekt, der für Loy im Rahmen seines FWF-Projektes nicht im Vordergrund steht aber ein durchaus praktischer „Nebeneffekt“ sein könnte.
(FWF Wissenschaftsfonds, 19.01.2010 – NPO)
