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For­schung am Tief­see-Schlamm­vul­kan Haa­kon Mos­by

Neue Me­than zeh­ren­de Mi­kro­or­ga­nis­men am Schlamm­vul­kan Haa­kon Mos­by in der ark­ti­schen Tief­see ent­deckt
 
Statt Lava fließen Schlamm und Methan aus dem Tiefsee-Schlammvulkan Haakon-Mosby. Das Treibhausgas Methan wirkt rund 25 mal stärker als Kohlendioxid, wenn es in die Atmosphäre gelangt. Zum Glück gibt es Mikroorganismen, die von Methan leben und so den Ausstoß des Klimagases reduzieren. Erstmals hat jetzt ein deutsch-französisches Forscherteam nachgewiesen, dass solche Methanzehrer auch in der eiskalten arktischen Tiefsee vorkommen. Die Wissenschaftler entdeckten eine neue Gruppe Methan fressender Archaea und Bakterien, und beschreiben in der Zeitschrift Nature, welche Umweltfaktoren die Aktivität dieser Mikroorganismen kontrollieren – mit verblüffendem Ergebnis: Zu schnelle Strömungen aus dem Meeresboden verringern die Wirksamkeit des natürlichen Gasfilters um bis zu 60 Prozent.
Der nach dem nor­we­gi­schen Ozea­no­gra­phen Haa­kon Mos­by be­nann­te Schlamm­vul­kan wur­de 1990 von ei­nem in­ter­na­tio­na­len For­scher­team in der Ba­rents­see in ei­ner Was­ser­tie­fe von 1250 Me­tern ent­deckt. Aus dem Zen­trum des etwa ei­nen Qua­drat­ki­lo­me­ter gro­ßen Vul­kans strömt ne­ben Was­ser und Schlamm auch Gas, das zu 99 Pro­zent aus Me­than be­steht und aus rund zwei Ki­lo­me­ter Tie­fe un­ter­halb des Mee­res­bo­dens auf­steigt. Hel­ge Nie­mann und Tina Lö­se­kann vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie in Bre­men ha­ben in ih­ren Dok­tor­ar­bei­ten un­ter­sucht, ob an der Ober­flä­che des Schlamm­vul­kans in der -1°C kal­ten Tief­see Mi­kro­or­ga­nis­men vor­kom­men, die das ge­fähr­li­che Kli­ma­gas Me­than ver­brau­chen.

Leben am Schlammvulkan
Haa­kon Mos­by ist ein sehr fla­cher Schlamm­vul­kan, der ma­xi­mal zehn Me­ter über den Mee­res­bo­den her­aus­ragt. Die Wis­sen­schaft­ler aus Deutsch­land und Frank­reich un­ter­schei­den drei stark von ein­an­der ab­ge­grenz­te, kon­zen­tri­sche ring­för­mi­ge Zo­nen: das Zen­trum, mitt­le­rer und äu­ße­rer Ring. Eine Ge­mein­sam­keit ha­ben die drei an­sons­ten völ­lig un­ter­schied­lich be­sie­del­ten Zo­nen: Me­than ist je­weils die Haupt­nah­rungs­quel­le der dort le­ben­den Mi­kro­or­ga­nis­men. An der Ober­flä­che des Zen­trums ent­deck­ten die Wis­sen­schaft­ler bis­her un­be­kann­te Bak­te­ri­en, die das Me­than mit Sau­er­stoff um­set­zen. In den et­was tie­fe­ren Schich­ten der mitt­le­ren Zone aber fan­den Hel­ge Nie­mann und Tina Lö­se­kann gro­ße Men­gen ei­ner neu­en Grup­pe von Ar­chaea, die in ei­ner Sym­bio­se mit Bak­te­ri­en das Me­than mit Sul­fat ver­at­men – ohne da­für Sau­er­stoff zu be­nö­ti­gen. Der zu­grun­de lie­gen­de Pro­zess ist un­ter dem Be­griff an­ae­ro­be Oxi­da­ti­on von Me­than (AOM) be­kannt und wird im Forschungsprojekt MUMM un­ter­sucht.

Zur Ver­blüf­fung der For­scher wird der Groß­teil des Me­thans nicht im Zen­trum, son­dern im äu­ße­ren Ring des Vul­kans ver­at­met. Hier stei­gen die gas­hal­ti­gen Flui­de deut­lich lang­sa­mer auf.
VLNR: 1) Im Zen­trum des Schlamm­vul­kans strömt das meis­te Gas aus. 2) In der mitt­le­ren Zone sie­deln Beggia­toa. 3) In der äu­ße­ren Zone le­ben Röh­ren­wür­mer. (Bild­quel­le: IF­RE­MER).
4) Das neue Kon­sor­ti­um be­ste­hend aus Ar­chaea (grün) und Bak­te­ri­en (rot). Die Or­ga­nis­men wur­den mit ei­ner spe­zi­el­len Fär­be­tech­nik (FISH) sicht­bar ge­macht (T. Lö­se­kann, MPI Bre­men).
Auf­stei­gen­de Gas­bla­sen.
(Quel­le: IF­RE­MER)
Tube worms
(Quel­le: IF­RE­MER)
Methan-Filter nur zu 40 Prozent effektiv
Bei ih­ren Mes­sun­gen fan­den die For­scher her­aus, dass am Haa­kon Mos­by nur rund 40 Pro­zent des aus­tre­ten­den Me­thans von Mi­kro­or­ga­nis­men um­ge­setzt wer­den. An man­chen Me­than­quel­len im Oze­an wird da­ge­gen das ge­sam­te aus­tre­ten­de Gas ver­at­met. Bis­her war man da­von aus­ge­gan­gen, dass in Ge­bie­ten mit ho­hem Durch­fluss an Me­than auch deut­lich mehr me­than­fres­sen­de Mi­kro­or­ga­nis­men le­ben.

Bei Haa­kon Mos­by ist of­fen­sicht­lich das Ge­gen­teil der Fall: Das meis­te Gas wird in der äu­ßers­ten Vul­kan­zo­ne ver­braucht. Der Bre­mer Mee­res­bio­lo­ge Hel­ge Nie­mann er­klärt das so: „Die Mi­kro­or­ga­nis­men brau­chen Sau­er­stoff oder Sul­fat aus dem Meer­was­ser, um Me­than ver­at­men zu kön­nen. Das aus dem Bo­den nach oben strö­men­de Was­ser ent­hält aber we­der Sau­er­stoff noch Sul­fat. Weil es so schnell nach oben strömt, kann nur we­nig Sau­er­stoff oder Sul­fat aus dem Meer­was­ser in den Bo­den ein­drin­gen. Die Mi­kro­or­ga­nis­men im Zen­trum und der mitt­le­ren Zone er­hal­ten also schlicht kaum En­er­gie zum Le­ben.“

In der äu­ße­ren Zone des Vul­kans ist die Si­tua­ti­on an­ders. Röh­ren­wür­mer, die bis zu 60 Zen­ti­me­ter tief in den Bo­den wach­sen, pum­pen ak­tiv das Meer­was­ser und da­mit auch Sul­fat in tie­fe­re Bo­den­schich­ten. Die an ih­ren Wur­zeln le­ben­den Or­ga­nis­men kön­nen dank die­ser le­ben­den Pum­pen auch dort Me­than um­set­zen, wo es nor­ma­ler­wei­se kaum mög­lich wäre. Dort wur­de auch der höchs­te Me­than­um­satz ge­fun­den und es ent­weicht fast kein Gas ins Meer. Das zeigt, dass erst durch das kom­ple­xe Zu­sam­men­spiel von Le­bens­ge­mein­schaf­ten im Mee­res­bo­den wirk­sa­me bio­lo­gi­sche Fil­ter für Treib­haus­ga­se ent­ste­hen kön­nen.

Un­ter­stüt­zung be­ka­men Hel­ge Nie­mann und Tina Lö­se­kann von ei­nem deutsch-fran­zö­si­schen For­scher­team, das den Vul­kan mit So­nar- und Ka­me­ra­sys­te­men ge­nau kar­tier­te und die che­mi­schen Um­satz­pro­zes­se be­stimm­te. Ent­schei­dend war der Ein­satz des fern­ge­steu­er­ten Tauch­ro­bo­ters VICTOR 6000 vom fran­zö­si­schen For­schungs­zen­trum IFREMER auf zwei Ex­pe­di­tio­nen mit dem For­schungs­schiff L’A­TA­LAN­TE (IF­RE­MER) und der FS POLARSTERN des Alfred-Wegener-Instituts in Bre­mer­ha­ven.
Der Tauchroboter VICTOR 6000 im Einsatz.
(Quelle: IFREMER)
Aussichten
Erst­mals konn­ten im Rah­men des Pro­jek­tes GEOTECHNOLOGIEN Stoff­flüs­se und mi­kro­bi­el­le Um­satz­pro­zes­se an ei­nem ak­ti­ven Tief­see-Schlamm­vul­kan ge­nau ver­mes­sen und mo­del­liert wer­den. Jetzt muss die Wirk­sam­keit bio­lo­gi­scher Fil­ter auch bei an­de­ren Me­than­quel­len im Meer ge­prüft wer­den. Bis­her ist die­se für die welt­wei­te Kli­ma­for­schung wich­ti­ge Grö­ße nicht aus­rei­chend be­rück­sich­tigt.

Als nächs­tes un­ter­sucht das deutsch-fran­zö­si­sche For­scher­team im Ok­to­ber und No­vem­ber 2006 mit Tief­see­ro­bo­ter QUEST des Bre­mer For­schungs­in­sti­tuts MA­RUM die Schlamm­vul­ka­ne des öst­li­chen Mit­tel­mee­res (METEOR Expedition 70/2). Wei­te­re Ex­pe­di­tio­nen zum Haa­kon-Mos­by-Schlamm­vul­kan sind im Rah­men des eu­ro­päi­schen For­schungs­pro­jek­tes HERMES vor­ge­se­hen.


Rückfragen an:

Dr. Helge Niemann
+49 421 2028 653
mo­bi­le pho­ne +49 179 233 2572
hnie­mann@mpi-bre­men.de
Max Planck In­sti­tu­te for Ma­ri­ne Mi­cro­bio­lo­gy, 28359 Bre­men, Ger­ma­ny

Dr. Tina Lö­se­kann
001 (650) 493-5000 x63163 tloe­se­ka@stan­ford.edu
Stan­ford Uni­ver­si­ty School of Me­di­ci­ne, Palo Alto, CA 94304, USA

Prof. Dr. Antje Boetius
+49 421 2028 860
mo­bi­le pho­ne +49 175 2475 301
aboe­ti­us@mpi-bre­men.de
Max Planck In­sti­tu­te for Ma­ri­ne Mi­cro­bio­lo­gy, 28359 Bre­men, Ger­ma­ny und In­ter­na­tio­nal Uni­ver­si­ty Bre­men, 28759 Bre­men, Ger­ma­ny

Dr. Manfred Schlösser (Pres­se­spre­cher)
+49 421 2028 704 mschloes@mpi-bre­men.de
und Hei­ko Löb­ner
0049 421 2028655 hlo­eb­ner@mpi-bre­men.de
Max Planck In­sti­tu­te for Ma­ri­ne Mi­cro­bio­lo­gy, 28359 Bre­men, Ger­ma­ny





Beteiligte Institutionen

Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie, 28359 Bre­men, Ger­ma­ny

Alfred-Wegener-Institut für Polar und Meeresforschung,
27515 Bre­mer­ha­ven, Ger­ma­ny

DFG Forschungszentrum Ozeanränder, Uni­ver­si­ty of Bre­men, 28334 Bre­men,
Ger­ma­ny

Centre Ifremer de Brest, BP70, 29280 Plou­za­ne, Fran­ce

UMR 7156 Université Louis-Pasteur/CNRS, Dépar­te­ment Mi­cro­or­ga­nis­mes, Gé­no­mes, En­vi­ron­ne­ment, 67083 Stras­bourg Ce­dex, Fran­ce

International University Bremen, 28759 Bre­men, Ger­ma­ny


Referenz:
Hel­ge Nie­mann, Tina Lö­se­kann, Dirk de Beer, Mar­cus El­vert, Thier­ry Na­da­lig, Kat­rin Knit­tel, Ru­dolf Amann, Eber­hard J. Sau­ter, Mi­cha­el Schlü­ter, Mi­cha­el Kla­ges, Jean Paul Fou­cher, Ant­je Boe­ti­us. Novel microbial communities of the Haakon Mosby mud volcano and their role as a methane sink. Na­tu­re, Oc­to­ber 2006.
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