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Ort ohne Leben?

In eisfreien Böden eines antarktischen Gebirges sind keine Mikroben nachweisbar

Shackleton Range
In den eisfreien Höhen der Shackleton Range in der Antarktis hat ein Forschungsteam Böden ohne nachweisbares Leben entdeckt. © Michael Studinger/ NASA, CC-by-sa 2.0

Eisig und leer: Forscher könnten einen der lebensfeindlichsten und unbewohntesten Orte unseres Planeten gefunden haben. Er liegt in den eisfreien Höhen der antarktischen Shackleton Range. Die Böden dort sind seit Jahrtausenden so kalt, salzig und trocken, dass offenbar nicht einmal Mikroben auf Dauer überleben. Das legen DNA-Tests und Kulturversuche nahe, in denen die Wissenschaftler keine Spuren mikrobiellen Lebens finden konnten.

Das Leben ist auf unserem Planeten allgegenwärtig. Ob im heißen, trockenen Wüstensand, am Grund des Marianengrabens oder in den eiskalten Gletschern und subglazialen Seen der Polargebiete – überall sind bislang lebende Organismen nachgewiesen worden. Auch in giftigem Vulkangas oder schwermetallverseuchten Gewässern finden sich an diese Extreme angepasste Mikroben. Und die Extremophilen der tiefen Biosphäre können selbst kilometertief im Untergrund überdauern.

Das weckt die Frage, ob es auf der Erde überhaupt Orte ganz ohne Leben gibt – und wo die Grenze der Anpassungsfähigkeit für irdische Organismen liegt. Einen ersten „toten“ Ort könnten Forscher 2019 in der äthiopischen Danakil-Senke entdeckt haben. Die dortigen Dallol-Tümpel sind so heiß, salzig und sauer, dass selbst Mikroorganismen mit diesen Extreme nicht mehr klarkommen.

In den eisfreien Höhen der Antarktis

Einen weiteren Ort des Todes könnte nun ein Team um Nicholas Dragone von der University of Colorado in Boulder gefunden haben. Sie wollten wissen, ob es auch Böden gibt, in denen nichts mehr leben kann. „Bodenmikroben sind unglaublich gut darin, sich selbst an die extremsten Bedingungen anzupassen, darunter sehr hohe oder tiefe Temperaturen, hohe UV-Einstrahlung, hohe Salzgehalte, sehr hohe oder tiefe pH-Werte und sogar die fast völlige Abwesenheit flüssigen Wassers“, so das Team.

Für ihre Studie reisten die Forschenden in die Antarktis – den ohnehin schon lebensfeindlichsten Kontinent der Erde. Dort entnahmen sie Proben von eisfreien Böden in der Shackleton Range, einem Gebirge in der Ostantarktis. Der Untergrund dort ist stark salzig, enthält kaum organisches Material und liegt seit zehn bis zwei Millionen Jahren trocken, wie Dragone und seine Kollegen berichten. Sie unterzogen die Proben aus Höhen von 150 bis 2.221 Metern einem DNA-Test mittels PCR, um nach Spuren von Bakterien oder Pilzen zu suchen.

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Keine Mikroben-DNA nachweisbar

Das Ergebnis: „Wir stellten fest, dass 20 Prozent der Böden keinerlei nachweisbare Mikroben-DNA enthielten“, berichten die Wissenschaftler. „Das ist ein ungewöhnliches Ergebnis für eine kulturunabhängige Bodenanalyse.“ Denn gemeinhin gilt gerade die Analyse dieser sogenannten Umwelt-DNA als probates Mittel, um unbekannte und nicht kultivierbare Organismen aufzuspüren. Die Proben stammten von den höchstgelegenen und damit auch am stärksten exponierten Probenstellen.

Um diese Ergebnisse zu überprüfen, nutzten Dragone und sein Team drei weitere Methoden der Mikrobenfahndung: Sie kultivierten die Proben auf Nährmedien, analysierten den Anteil des Kohlenstoff-Isotops 13C, der in Lebewesen typischerweise erhöht ist, und maßen den Gehalt an Adenosintriphosphat (ATP). Dieses Molekül wird von allen lebenden Zellen als Energielieferant genutzt und kann daher als Lebensanzeiger dienen.

An der Grenze des Lebens

Doch auch diese Tests blieben in einigen Bodenproben negativ: „In einigen der Proben konnten wir keine Mikroorganismen nachweisen – egal welche Methode wird verwendeten“, berichten Dragone und seine Kollegen. „Bei diesen wuchsen auf keinem Nährmedium irgendwelche Kolonien, es gab keine Anzeichen für metabolische Aktivität und wir konnten auch keine messbare ATP-Produktion detektieren.“ Das lege nahe, dass es in diesen Böden zumindest kein mit diesen Mitteln nachweisbares Leben gebe.

„Wir sagen damit nicht, dass wir sterile oder tote Böden gefunden haben“, betonen die Wissenschaftler. „Aber unser Unvermögen, in ihnen Mikroben oder mikrobielle Aktivität nachzuweisen, deutet darauf hin, dass diese Bodenoberflächen eine Grenze für das Leben und die Aktivität von Mikroorganismen darstellen.“ Einige trockene, salzige und hochgelegene Böden der Antarktis könnten selbst für die sonst allgegenwärtigen Mikroorganismen zu lebensfeindlich sein.

Lebensfeindliche Kombination

„Wahrscheinlich ist es nicht nur ein bestimmter Umweltfaktor, der einige dieser antarktischen Böden unbewohnbar macht“, erklären die Wissenschaftler. „Stattdessen hat die konstante Belastung durch Salz, Kälte und extrem niedrige Wassergehalte über tausende Jahre hinweg Bedingungen hervorgebracht, die eine Kolonisierung durch die vom Wind dorthin gewehten Mikroben hemmt.“

Das Forschungsteam vermutet, dass diese hohen, eisfreien Böden der Antarktis einer der sehr wenigen Orten auf unserem Planeten sind, die nicht von Organismen besiedelt wurden. Denn selbst in den küstennahen Trockentälern der Antarktis und in den tieferliegenden Zonen am Shackleton-Gletscher gibt es mikrobielles Leben. Erst die einzigartige Kombination von Härten auf den der Kälte, Strahlung und Trockenheit ausgesetzten Höhenlagen der Antarktis erweist sich offenbar als zu viel selbst für Extremophile.

Relevant auch für den Mars

Bedeutung haben diese Ergebnisse aber auch über unseren Planeten hinaus. Denn die Bedingungen der jetzt untersuchten Antarktis-Böden entsprechen in vielem denen der Marsoberfläche, wie Dragone und seine Kollegen betonen. Auch dort herrschen Kälte und Trockenheit, kombiniert mit Strahlenexposition und hohen Salzgehalten.

„Angesichts der Tatsache, dass die Marsböden sogar noch älter sind, ähnlichen oder sogar harscheren Bedingungen ausgesetzt sind und sogar noch höhere Konzentrationen von Salzen aufweisen, machen es unsere Resultate unwahrscheinlich, dass eine Suche nach aktivem Leben an der Oberfläche des Mars positive Ergebnisse erbringen wird“, so das Fazit des Forschungsteams. (Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 2021; doi: 10.1029/2020JG006052)

Quelle: bioRxiv, Science

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