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Erdöl-produzierende Alge entdeckt

Dicrateria-Phytoplankton erzeugt Kohlenwasserstoffe von Benzin bis Schweröl

Die begeißelten Meeresalgen der Gattung Dicrateria produzieren biologisches Erdöl und speichern es im Zellinneren (rot). © Harada et al./ Scientific Reports, CC-by-sa 4.0

Spannender Fund: Forscher haben im Nordpolarmeer den ersten Organismus entdeckt, der biologisches Erdöl erzeugen kann. Die einzellige Meeresalge Dicrateria produziert gesättigte Kohlenwasserstoff-Ketten von zehn bis 38 Kohlenstoffatomen Länge – und damit die Alkane, die Benzin, Diesel und Heizöl ausmachen. Bisher ist kein anderer Organismus bekannt, der eine so gute Entsprechung von Erdöl erzeugen kann, wie die Wissenschaftler im Fachmagazin „Scientific Reports“ berichten.

Erdöl ist einer der wichtigsten Rohstoffe für Benzin, Diesel und andere Kraftstoffe, aber auch für die chemische Industrie. Bisher kann dieses Gemisch aus gesättigten Kohlenwasserstoffketten nur aus fossilen Quellen gewonnen werden. Seine Verbrennung setzt daher Kohlendioxid frei, das vor Jahrmillionen gebunden wurde und trägt damit zum CO2-Anstieg in der Atmosphäre bei.

Anders wäre dies, wenn man Erdöl und seine Derivate auf biologischem Wege erzeugen könnte. Dann würde die Verbrennung nur so viel CO2 freisetzen, wie zuvor durch diese Organismen aus der Umwelt aufgenommen wurde. Solche Kraftstoffe wären daher CO2-neutral. Zwar gibt es einige Mikroben, die beispielsweise Pflanzenreste in synthetische Kraftstoffe umwandeln können. Auch gentechnisch manipulierte Bakterien, die Diesel erzeugen, gibt es. Ein Lebewesen, das von Natur aus das komplette Alkan-Spektrum des Erdöls erzeugt, war jedoch unbekannt.

Planktonalge mit Erdölbläschen

Das hat sich nun geändert: Ein Forschungsteam um Naomi Harada von der japanischen Meeresforschungsagentur JAMSTEC hat im Arktischen Ozean eine einzellige Meeresalge entdeckt, die von Natur aus biologisches Erdöl produziert. Aufgespürt wurde die Alge der Art Dicrateria rotunda in Wasserproben aus der Tschuktschensee vor der Nordküste Sibiriens. Schon bei ersten Untersuchungen dieses begeißelten Phytoplanktons fiel auf, dass dessen Zellen mit Öl gefüllte Hohlräume enthielten.

Als das Team den Inhalt dieser Ölbläschen mithilfe der Gas-Chromatografie-Massenspektrometrie (GC-MS) auf seine Zusammensetzung analysierte, zeigte sich Erstaunliches: Das Öl bestand aus einer Mischung unverzweigter, gesättigter Kohlenwasserstoffe – Alkanen. „Das Bemerkenswerte daran war, dass alle geradkettigen Alkane mit Kettenlängen von zehn bis 38 Kohlenstoffatomen präsent waren“, berichten Harada und ihr Team.

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Dicrateria-Alkane
Menge der produzierten Alkane verschiedener Kettenlängen bei den elf Dicrateria-Arten.© Harada et al./ Scientific Reports, CC-by-sa 4.0

Alkane von Benzin bis Schweröl

Das bedeutet: Die kleine Meeresalge produziert all die Alkane, aus denen Erdöl, aber auch gängige Kraftstoffe bestehen. Dabei gelten Kettenlängen von zehn bis 15 Kohlenstoffatomen (C) als Benzin, Längen von C16 bis C20 als Diesel und Ketten mit mehr als 21 Kohlenstoffatomen als Heiz- und Schweröl. „Dies ist der erste Nachweis eines Organismus, der die Kohlenwasserstoff-Mischung des Erdöls produzieren kann“, so die Wissenschaftler.

Und nicht nur das: Wie die Harada und ihre Kollegen herausfanden, können auch zehn andere Arten der Gattung Dicrateria dieses biologische Erdöl herstellen. Diese Algenarten kommen im Atlantik und Pazifik bis in die mittleren Breiten vor. „In Bezug auf die Eignung ihrer Kohlenwasserstoffe für Kraftstoffe übertreffen die Dicrateria-Algen alle bisher bekannten Vertreter des Phytoplanktons“, konstatieren die Wissenschaftler.

Dunkelheit und Stickstoffmangel kurbeln Produktion an

Die Menge an biologischem Erdöl, die diese Algen erzeugen, variiert mit den Umweltbedingungen, wie Experimente ergaben. Während die Einzeller bei Licht und reichlich Nährstoffen nur rund 12,5 bis 79,4 Nanogramm Öl pro Milligramm Trockenmasse produzierten, stieg die Ausbeute bei Dunkelheit und Stickstoffmangel deutlich an: „Der Alkangehalt erhöhte sich im Dunkeln um das 5,6-Fache und bei Stickstoffmangel um das 48-Fache“, wie das Team berichtet.

Damit könnte die Planktonalge Dicrateria einen Weg eröffnen, um Erdöl und seine Derivate auf biologischem Weg zu produzieren. „Die einzigartige Fähigkeit von Dicrateria könnte zur Entwicklung eines neuen Ansatzes für die Biosynthese von n-Alkanen beitragen“, schreiben Harada und ihre Kollegen. Weitere Untersuchungen seien nun nötig, um die Synthesewege und physiologische Funktion des Bio-Erdöls in der Algenzellen zu erforschen. (Scientific Reports, 2021; doi: 10.1038/s41598-021-93204-w)

Quelle: Toyohashi University of Technology

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