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Sonntag, 22.10.2017
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Manganknollen: Mikroben als Starthilfe

Bio-Starter für Rohstoff-Ablagerungen in der Tiefsee enthüllt

Mikroorganismen wie Bakterien und Algen liefern die Initialzündung für die Entstehung von rohstoffreichen Manganknollen und Mangankrusten. Dies haben jetzt Mainzer Wissenschaftler in einer neuen Studie gezeigt. Wie sie in der Fachzeitschrift „Trends in Biotechnology“ berichten, könnte dieser Prozess Vorbild für die zukünftige Gewinnung von Rohstoffen sein.
Coccolithophoriden

Coccolithophoriden

Auf dem Meeresboden liegen Rohstoffe, die in Zukunft von großer Wichtigkeit sein könnten: Mangan, Eisen, aber auch die selteneren und wertvolleren Elemente Kobalt, Kupfer, Zink und Nickel sind in so genannten Manganknollen und Tiefseekrusten reichlich vorhanden.

Biomineralisation ist der Schlüssel


Dass sich die Stoffe aus dem Meerwasser und dem Sediment anreichern konnten, ist einem als Biomineralisation bezeichneten Prozess zu verdanken. Kleinstlebewesen wie Bakterien und Algen sind am Aufbau der Knollen und Krusten beteiligt und bilden, so zeigen neue Forschungen am Institut für Physiologische Chemie und Pathobiochemie der Universität Mainz, den Ausgangspunkt für die Ansammlung der Metalle.

Die Erkenntnisse könnten nach Einschätzung der Wissenschaftler dazu beitragen, dass eine umweltfreundliche und nachhaltige Nutzung der wertvollen Meeresschätze erfolgt.


Denn der Wettlauf um die Ressourcen auf dem Meeresboden hat schon begonnen, die Industrieländer haben ihre Claims abgesteckt und sich die Regionen mit hohen Rohstoffvorkommen gesichert. „Das birgt internationalen Konfliktstoff“, da ist sich Professor Werner Müller sicher. Weiß man aber erst einmal, wie die Tiefseeknollen und Tiefseekrusten genau entstanden sind, könnten vielleicht in nicht allzu ferner Zukunft Mikroorganismen gezüchtet werden, um ganz gezielt wichtige Rohstoffe anzubauen.

Micronodules

Micronodules

Bakterien und Algen als Zauberkünstler


Müller erforscht seit über 30 Jahren die Unterwasserwelt und gilt als Pionier der Schwammforschung in Deutschland. Aber nicht nur Schwämme bieten nach Auffassung des Forschers einen nahezu unerschöpflichen Fundus - angefangen von bioaktiven Substanzen für die Medizin bis zu Silikaten für die Lichtleitung -, sondern auch Bakterien und Algen sind wahre Zauberkünstler.

Manganknollen entstehen auf dem Meeresboden in 4.000 bis 5.000 Meter Tiefe. In über zehn Millionen Jahren haben sich hier schätzungsweise 300 Milliarden Tonnen Mangan in Knollen angesammelt. „Das ist recht erstaunlich, wenn man bedenkt, dass die Konzentration von Mangan im Meereswasser verschwindend gering ist“, so Müller. Zusammen mit dem Mangan finden sich in den kartoffelähnlichen Knollen Eisen und Buntmetalle, die sich in Schichten abgelagert haben.

Ein Samenkorn reicht


Ist erst einmal ein kleines Samenkorn vorhanden, reichern sich immer neue Metallionen an der Außenschicht an. Wie es zur Initialzündung kommt, hat Müller nun in Kooperation mit chinesischen Wissenschaftlern aufgedeckt. Als Bio-Keime fungieren demnach Bakterien, an deren Außenwand eine zusätzliche Proteinschicht sitzt, der so genannte S-Layer.

„Die äußerste Schicht des S-Layers ist eine ideale organische Matrix, die nicht nur die Mikroorganismen gegen schädigende Umwelteinflüsse schützt, sondern auch die Ablagerung von Mineralien erlaubt.“ Müller und seine Kooperationspartner haben in Manganknollen ganze Ketten aus Bakterien mit S-Layern gefunden, an denen die Synthese der Biomaterialien ihren Anfang genommen hat. „Ist aber erst einmal die erste Schicht vorhanden, kommt es zu Autokatalyse, das Material vervollständigt sich selbst.“

Manganknollen sind durchsetzt mit Bakterien

Manganknollen sind durchsetzt mit Bakterien

Tiefseekrusten brauchen Algen


Bei Tiefseekrusten ist der Bio-Keim nicht ein Bakterium, sondern eine kleine, einzellige Alge. Die Tiefseekrusten, auch Mangankrusten oder Kobaltkrusten genannt, sind in 800 bis 2.400 Meter Tiefe zu finden und enthalten ebenfalls bedeutende Rohstoffvorkommen. Sie verdanken ihre Entstehung den Coccolithophoriden, gepanzerten Algen, die rundherum mit einer Kalkschicht als Schutzschild bedeckt sind. Diese Algen leben in einer Tiefe von 100 Metern. Sterben sie ab, dann fällt ihr Schutzpanzer in tiefere Schichten, wo es durch chemische Umwandlung zur Bindung von Mangan kommt.

„Wir können die Natur als ein Modell nehmen, um künftig vielleicht mit Hilfe von Algen und Bakterien Mangan und andere Metalle in einer künstlichen Umgebung aus Meerwasser zu gewinnen“, erklärt Müller. Dies könnte Verteilungskonflikte entschärfen und zu einer nachhaltigen Produktion beitragen, ohne die Tiefsee zu schädigen.
(idw - Universität Mainz, 20.05.2009 - DLO)
 
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