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Sensible Extremisten

Organismen der tiefen Biosphäre sind schwer zu beproben

Ein mikroskopisches Bild von Mikroben aus der tiefen Biosphäre. Die Zellen wurden mit einem DNA-Farbstoff angefärbt und sind als leuchtende, grüne Punkte zu erkennen. © J. Kallmeyer/ GFZ

Die Organismen der tiefen Biosphäre müssen abgehärtet sein, denn ihre Lebensbedingungen sind extrem: Hunderte Meter tief unter der Erdoberfläche ist es dunkel, ziemlich eng und meist auch relativ heiß – oder aber sehr kalt. Nahrung ist in dieser Tiefe auch eher rar, denn das Gestein enthält im Vergleich zum Boden oder frisch abgelagerten Meeressedimenten deutlich weniger organische Bestandteile. Mit Ausnahme von extrem nährstoffarmen marinen Sedimenten ist die tiefe Biosphäre zudem ein sauerstofffreier (anoxischer) Lebensraum.

Wenn „lebensfreundlich“ tödlich ist

Die Bewohner dieser „Unterwelt“ haben sich im Laufe der Evolution an diese extremen Bedingungen angepasst. Sie vertragen große Hitze oder Kälte und erzeugen ihre Energie auch ohne Licht oder organische Nahrung. Dafür aber sind die für uns normalen Oberflächenbedingungen für diese Spezialisten oft sogar tödlich.

Weil die Organismen aus der tiefen Biosphäre so sensibel sind, werden diese Proben im Kühlraum untersucht. © J. Kallmeyer/ GFZ

So sind die in der Tiefe lebenden Organismen sind nicht nur auf ein Leben ohne Sauerstoff eingestellt, für sie ist er sogar extrem schädlich. Wollen Forscher diese Organismen lebendig bergen, müssen sie Proben möglichst komplett von der Umgebungsluft isoliert entnehmen, lagern und verarbeiten. Eine Beprobung geschieht daher zum Beispiel in einer mit Stickstoff gefüllten Glovebox. Über die angesetzten Handschuhe können Arbeiten am Bohrkern durchgeführt werden ohne dass Sauerstoff an die sensiblen Organismen gelang. Solche Maßnahmen jedoch bringen einen hohen logistischen Aufwand mit sich – oder erfordern viel Improvisation.

Leben in Zeitlupe

Das Leben in der tiefen Biosphäre läuft zudem auf Zeitskalen ab, die für Menschen nur schwer vorstellbar sind. Während sich eine Mikrobenzelle im Labor mehrmals in der Stunde teilt, teilt sich eine Zelle in der tiefen Biosphäre unter Umständen nur einmal alle hunderte von Jahren. Viele Standardtechniken der klassischen Mikrobiologie lassen sich nicht auf die tiefe Biosphäre anwenden, weil sie nicht empfindlich genug sind, um die extrem geringen Umsatzraten und Zelldichten zu detektieren.

Für die Erforschung der Lebenswelt in dieser Unterwelt der Erde ist dies eine große Herausforderung.

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Jens Kallmeyer / Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ, Potsdam
Stand: 19.09.2014

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Großer Bohrer jagt nach den Kleinsten
Wissenschaftliches Bohren für die geomikrobiologische Forschung

In der "Unterwelt"
Tief unter der Oberfläche existiert eine ganze Lebenswelt

Sensible Extremisten
Organismen der tiefen Biosphäre sind schwer zu beproben

Schmutziges Bohren
Warum eine Bohrung ohne Kontaminationen kaum möglich ist

Steril geht nicht
Auch das Bohrgerät sorgt für Kontaminationen

Verräterisches Leuchten
Kontaminationskontrolle mit Hilfe von Tracern

Frühe Planung hilft
Wie Bohrungen in die tiefe Biosphäre trotzdem gelingen

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