Während einer Expedition vor der Küste Südamerikas hat ein internationales Meeresforscher-Team entdeckt, dass Ethan- und Propanvorkommen tief unter dem Meeresboden weit verbreitet sind und dass Mikroorganismen bei der Entstehung dieser energiereichen Gase eine Schlüsselrolle spielen.
Das Team unter Leitung von Professor Kai-Uwe Hinrichs beschreibt die neuen Erkenntnisse in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Die Befunde weisen auf bislang ungeahnte Stoffkreisläufe und Stoffwechselprozesse in der so genannten tiefen Biosphäre hin.
"Eigentlich war es ein Zufallsfund", sagt Hinrichs. An Bord des Expeditionsschiffs "JOIDES Resolution" untersuchte der Bremer Geochemiker Ablagerungen, die südlich der Galapagos-Inseln und vor der Küste Perus bis zu 400 Meter tief im Meeresboden erbohrt worden waren.
"Wir hatten so viel Probenmaterial zu bearbeiten, dass sich die Probengläschen mit den bis zu 40 Millionen Jahre alten Meeresablagerungen schnell türmten, denn an fast Tausend Proben wollten wir Gasgehalte bestimmen." Trotz der bis zu 14-stündigen Schichten konnten viele Proben erst deutlich später als geplant gemessen werden. – Zum Glück! "Denn in vielen der schon etwas `älteren` Proben bemerkten wir ungewöhnlich hohe Konzentrationen an Ethan und Propan", berichtet der Bremer Meeresforscher. Bald wurde klar, dass die Gase während der Wartezeit aus den Sedimenten entwichen sein mussten.
Mikroorganismen mit Schlüsselrolle
Die Wissenschaftler begannen sich zu fragen, welche Prozesse tief im Meeresboden für die erhöhten Gaskonzentrationen verantwortlich sind. Normalerweise entstehen Ethan und Propan, wenn sich dort Erdöl und Erdgase bilden – unter erhöhten Temperaturen und Drücken und ohne dass Mikroorganismen direkt beteiligt sind. In dem Artikel, der jetzt in PNAS erscheint, kann das Forscherteam aber zeigen, dass bei der Entstehung der energiereichen Gase im Untersuchungsgebiet Druck und Temperatur nicht die Ausschlag gebenden Faktoren sind. Mikroorganismen spielen hier die Schlüsselrolle.
"Meeresablagerungen enthalten organisches Material – die Überreste der im Ozean lebenden Pflanzen und Tiere", erklärt Hinrichs. Dieses Material stellt eine wichtige Lebensgrundlage für das mikrobielle Leben in der tiefen Biosphäre dar. Bei den dort ablaufenden Recyclingprozessen entsteht auch Acetat. Bakterien wandeln dieses Salz der Essigsäure um: "Sie nutzen das im Sediment vorhandenen Wasserstoff, um Ethan zu produzieren sowie Wasserstoff und anorganischen Kohlenstoff, um Acetat in Propan umzuwandeln."
Für die Richtigkeit dieser Annahme führt das Forscherteam mehrere Indizien ins Feld: "Ethan- und Propan führende Erdöl- oder Erdgaslagerstätten sind weit entfernt, kommen als Quelle also nicht in Betracht", sagt Hinrichs. "Zudem unterscheidet sich die Zusammensetzung der stabilen Kohlenstoffisotope unserer Gasproben deutlich von den Isotopenwerten, die wir bei Ethan und Propan in Öl- und Gasvorkommen finden", führt Co-Autor John Hayes, Geochemiker an der amerikanischenWoods Hole Oceanographic Institution, aus. "Außerdem konnte unser Team zeigen, dass bei den Recyclingprozessen in der Tiefe ausreichend Energie für das Wachstum bakterieller Lebensgemeinschaften abfällt", ergänzt Professor Wolfgang Bach, Mitautor am Bremer Forschungszentrum.
Leistungsfähigkeit der Bakterien steigern
Die jetzt veröffentlichte Arbeit wirft etliche, zukunftsweisende Fragen auf: In einer Doktorarbeit, die derzeit am Bremer Forschungszentrum entsteht, wird untersucht, ob die Ethan- und Propanmoleküle im Meeresboden möglicherweise zwischen geschichteten Tonmineralen eingelagert sind.
Zudem stehen weitere Versuche in den Labors des Bremer Forschungszentrums an: "Unser vordringliches Ziel muss es sein, die im Meeresboden ablaufenden bakteriellen Prozesse unter kontrollierten Bedingungen nachzuvollziehen, um die Richtigkeit der geochemischen Prozesse, die wir im PNAS-Artikel postulieren, zu untermauern", sagt Hinrichs. Im Labor sind die tief im Meeresboden ablaufenden Vorgänge nur schwer zu simulieren. Sollte dies jedoch gelingen, hat der Bremer Geochemiker schon einen Plan in der Hinterhand: "Dann sollten wir schauen, ob es uns gelingt, die Ausbeute des Energieträgers Propan mit Hilfe der Bakterien zu erhöhen. Derzeit ist das natürlich noch Zukunftsmusik."
(idw – Forschungszentrum Ozeanränder, 20.09.2006 – DLO)
