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18.03.2013 Mikroben im Marianengraben
Mikroben im Marianengraben
Eine erstaunlich aktive bakterielle Gemeinschaft lebt am tiefsten Punkt des Meeresbodens
Das Sediment des tiefsten Punktes der Erde, des Challengertiefs im Marianengraben, zeigt eine erstaunlich hohe mikrobielle Aktivität. Ein internationales Forscherteam um Professor Ronnie Glud von der Universität von Süddänemark, unter Beteiligung von Dr. Frank Wenzhöfer von der HGF-MPG Brückengruppe für Tiefsee-Ökologie und –Technologie des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie in Bremen und des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven, konnte zeigen, dass Mikroben in dieser von extremem Druck gekennzeichneten Umgebung zahlreich und sehr aktiv sind.
Ihre Forschungsergebnisse haben sie nun in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht. Ein internationales Forscherteam stellt seine Ergebnisse von einem der unzugänglichsten Plätze auf unserer Erde vor: dem Meeresboden des Marianengrabens im Westpazifik, auf fast 11000 m Tiefe unter dem Meeresspiegel, was ihn zum tiefsten Punkt der Erde macht. Ihre Ergebnisse zeigen, dass eine höchst aktive Mikrobengemeinschaft die Sedimente des Grabens bewohnt, und das, obwohl dort ein extrem hoher Druck, 1100 mal so hoch wie auf Meeresspiegelhöhe, herrscht. In den Sedimenten des Grabens fanden die Forscher eine vielfach höhere Anzahl von Bakterien als in den umliegenden Sedimenten der Tiefseeebene auf „nur“ 6000 Meter Tiefe.
Hohe mikrobielle Aktivität in Tiefseegräben
Tiefseegräben sind Orte von hoher mikrobieller Aktivität, denn der Eintrag von organischem Material ist ungewöhnlich hoch. Dazu zählen absinkende Kadaver von Meerestieren, aber auch Reste von Algen, die sporadisch immer wieder in großen Mengen auf den Meeresboden sinken. An den Grabenhängen kann dieses Material, durch Erdbeben mobilisiert, in die tiefsten Stellen des Grabens abrutschen. Demnach haben Tiefseegräben, obwohl sie nur etwa 2 % der Fläche der Ozeane der Erde ausmachen, einen relativ großen Einfluss auf den globalen Kohlenstoffkreislauf, so Professor Ronnie Glud von der Universität Süddänemark. Zusammen mit seinen Kollegen aus Deutschland (HGF-MPG Brückengruppe für Tiefsee-Ökologie und –Technologie des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie und des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung), Japan (Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology), Scotland (Scottish Association for Marine Science) und Dänemark (Universität Kopenhagen) erkundete er den mikrobiellen Kohlenstoffumsatz im tiefsten Graben der Ozeane.
Eine erstaunlich aktive bakterielle Gemeinschaft lebt am tiefsten Punkt des Meeresbodens
Das Sediment des tiefsten Punktes der Erde, des Challengertiefs im Marianengraben, zeigt eine erstaunlich hohe mikrobielle Aktivität. Ein internationales Forscherteam um Professor Ronnie Glud von der Universität von Süddänemark, unter Beteiligung von Dr. Frank Wenzhöfer von der HGF-MPG Brückengruppe für Tiefsee-Ökologie und –Technologie des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie in Bremen und des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven, konnte zeigen, dass Mikroben in dieser von extremem Druck gekennzeichneten Umgebung zahlreich und sehr aktiv sind.
Ihre Forschungsergebnisse haben sie nun in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht. Ein internationales Forscherteam stellt seine Ergebnisse von einem der unzugänglichsten Plätze auf unserer Erde vor: dem Meeresboden des Marianengrabens im Westpazifik, auf fast 11000 m Tiefe unter dem Meeresspiegel, was ihn zum tiefsten Punkt der Erde macht. Ihre Ergebnisse zeigen, dass eine höchst aktive Mikrobengemeinschaft die Sedimente des Grabens bewohnt, und das, obwohl dort ein extrem hoher Druck, 1100 mal so hoch wie auf Meeresspiegelhöhe, herrscht. In den Sedimenten des Grabens fanden die Forscher eine vielfach höhere Anzahl von Bakterien als in den umliegenden Sedimenten der Tiefseeebene auf „nur“ 6000 Meter Tiefe.
Hohe mikrobielle Aktivität in Tiefseegräben
Tiefseegräben sind Orte von hoher mikrobieller Aktivität, denn der Eintrag von organischem Material ist ungewöhnlich hoch. Dazu zählen absinkende Kadaver von Meerestieren, aber auch Reste von Algen, die sporadisch immer wieder in großen Mengen auf den Meeresboden sinken. An den Grabenhängen kann dieses Material, durch Erdbeben mobilisiert, in die tiefsten Stellen des Grabens abrutschen. Demnach haben Tiefseegräben, obwohl sie nur etwa 2 % der Fläche der Ozeane der Erde ausmachen, einen relativ großen Einfluss auf den globalen Kohlenstoffkreislauf, so Professor Ronnie Glud von der Universität Süddänemark. Zusammen mit seinen Kollegen aus Deutschland (HGF-MPG Brückengruppe für Tiefsee-Ökologie und –Technologie des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie und des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung), Japan (Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology), Scotland (Scottish Association for Marine Science) und Dänemark (Universität Kopenhagen) erkundete er den mikrobiellen Kohlenstoffumsatz im tiefsten Graben der Ozeane.
1.Tiefsee-Lander nach erfolgreicher Mission und dreistündigem Aufstieg durch die Wassersäule. Die Wissenschaftler an Bord des FS Yokosuka konnten damit auf insgesamt vier Tauchgängen viele wissenschaftliche Daten und Proben sammeln (Copyright F. Wenzhöfer) 2. Karte vom Marianengraben. Die Challenger-Tiefe erhielt ihren Namen nach dem britischen Forschungsschiff Challenger II, das dort 1951 mit Lotungen die tiefste Stelle des Meeresbodens bestimmte.
3. Foto vom Meeresboden im Marianengraben (Copyright JAMSTEC)
3. Foto vom Meeresboden im Marianengraben (Copyright JAMSTEC)
4. Leben an Bord; die Schiffsbesatzung bereitet den nächsten Einsatz vor. (Copyright F. Wenzhöfer). 5. Die Sensoren für die Sauerstoffmessungen sind hochsensitive Messsonden. (Copyright F. Wenzhöfer)
Technologische Herausforderung
Die Forscher maßen die Sauerstoffverteilung im Sediment des Grabens und an einer Referenzstelle auf 6000 m Tiefe und nahmen Sedimentkerne mit einem autonomen Probenahmegerät, welches mit einer Videokamera ausgestattet war. „Wir können aus der Sauerstoffverteilung die bakterielle Sauerstoffaufnahme, also die Atmung, berechnen“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer. „Zusammen mit der Information über den Gehalt an organischem Kohlenstoff im Sediment können wir so die mikrobielle Aktivität im Sediment abschätzen.“ Natürlich sind die Messungen in solch großen Tiefen eine technische und logistische Herausforderung. „ Wenn wir Proben vom Meeresboden heraufholen, um sie im Labor zu untersuchen, überleben viele der an die Tiefseebedingungen angepassten Organismen die Temperatur- und Druckveränderung nicht. Deshalb haben wir Geräte entwickelt, die vorprogrammierte Messabläufe autonom auf dem Meeresboden bei hohem Druck ausführen.“, erklärt Ronnie Glud. Das Forscherteam hat mit mehreren Firmen zusammen einen Unterwasser-Roboter entwickelt, der beinahe 4 m groß ist und 600 kg wiegt. Dieser Roboter führte unter anderem die Sauerstoffmessungen mit ultraempfindlichen Sensoren durch.
"Auf unseren Videos aus der Tiefe sind kaum größere Tiere zu sehen“, sagt Ronnie Glud. „Wir haben es also mit einer Welt zu tun, die von Mikroorganismen dominiert ist, die in hohem Grade an für die meisten höheren Organismen feindlichen Bedingungen angepasst sind.“
Für Dr. Frank Wenzhöfer ist die Erforschung der Tiefseegräben nicht nur wichtig, um deren Einfluss auf den globalen Kohlenstoffkreislauf genauer definieren zu können. „Die Tiefseegräben sind nach wie vor einige der letzten weißen Flecken auf der Landkarte. Wir möchten gerne die bakteriellen Gemeinschaften dort genauer charakterisieren und verstehen, wie sie sich an ein Leben in diesem außergewöhnlichen Lebensraum angepasst haben. Außerdem möchten wir herausfinden, ob der mikrobielle Kohlenstoffumsatz in der Tiefsee Auswirkungen auf unser Klima hat. Dazu sind Expeditionen zu weiteren Tiefseegräben, zum Beispiel dem Kermadec-Tonga-Graben bei den Fiji-Inseln, geplant.“
Die Forscher maßen die Sauerstoffverteilung im Sediment des Grabens und an einer Referenzstelle auf 6000 m Tiefe und nahmen Sedimentkerne mit einem autonomen Probenahmegerät, welches mit einer Videokamera ausgestattet war. „Wir können aus der Sauerstoffverteilung die bakterielle Sauerstoffaufnahme, also die Atmung, berechnen“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer. „Zusammen mit der Information über den Gehalt an organischem Kohlenstoff im Sediment können wir so die mikrobielle Aktivität im Sediment abschätzen.“ Natürlich sind die Messungen in solch großen Tiefen eine technische und logistische Herausforderung. „ Wenn wir Proben vom Meeresboden heraufholen, um sie im Labor zu untersuchen, überleben viele der an die Tiefseebedingungen angepassten Organismen die Temperatur- und Druckveränderung nicht. Deshalb haben wir Geräte entwickelt, die vorprogrammierte Messabläufe autonom auf dem Meeresboden bei hohem Druck ausführen.“, erklärt Ronnie Glud. Das Forscherteam hat mit mehreren Firmen zusammen einen Unterwasser-Roboter entwickelt, der beinahe 4 m groß ist und 600 kg wiegt. Dieser Roboter führte unter anderem die Sauerstoffmessungen mit ultraempfindlichen Sensoren durch.
"Auf unseren Videos aus der Tiefe sind kaum größere Tiere zu sehen“, sagt Ronnie Glud. „Wir haben es also mit einer Welt zu tun, die von Mikroorganismen dominiert ist, die in hohem Grade an für die meisten höheren Organismen feindlichen Bedingungen angepasst sind.“
Für Dr. Frank Wenzhöfer ist die Erforschung der Tiefseegräben nicht nur wichtig, um deren Einfluss auf den globalen Kohlenstoffkreislauf genauer definieren zu können. „Die Tiefseegräben sind nach wie vor einige der letzten weißen Flecken auf der Landkarte. Wir möchten gerne die bakteriellen Gemeinschaften dort genauer charakterisieren und verstehen, wie sie sich an ein Leben in diesem außergewöhnlichen Lebensraum angepasst haben. Außerdem möchten wir herausfinden, ob der mikrobielle Kohlenstoffumsatz in der Tiefsee Auswirkungen auf unser Klima hat. Dazu sind Expeditionen zu weiteren Tiefseegräben, zum Beispiel dem Kermadec-Tonga-Graben bei den Fiji-Inseln, geplant.“
Rückfragen an
Professor Ronnie Glud, Nordic Center for Earth Evolution at the University of Southern Denmark. Phone: +45 65 50 27 84, mobile: +45 60 11 19 13, email: [Bitte aktivieren Sie Javascript]
Dr. Frank Wenzhöfer, HGF-MPG Brückengruppe für Tiefsee-Ökologie und –Technologie
[Bitte aktivieren Sie Javascript]
Telefon: +49 (0) 421 2028 862
Oder an die Pressesprecher
Dr. Rita Dunker [Bitte aktivieren Sie Javascript] +49 (0) 421 2028 856
Dr. Manfred Schlösser [Bitte aktivieren Sie Javascript] +49 (0) 421 2028 704
Originalarbeit
High rate of microbial carbon turnover in sediments in the deepest oceanic trench on Earth, 2013. Ronnie N. Glud, FrankWenzhöfer, Mathias Middelboe, Kazumasa Oguri,
Robert Turnewitsch, Donald E. Canfield and Hiroshi Kitazato. Nature Geoscience
DOI: 10.1038/NGEO1773
Beteiligte Institute
University of Southern Denmark, Nordic Centre for Earth Evolution, Odense, Dänemark
Scottish Association for Marine Science, Scottish Marine Institute, Oban, Großbrittanien
Greenland Climate Research Centre, Nuuk, Grönland
Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen
Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven
Universität Kopenhagen, Marine Biological Section, Helsingør, Dänemark
Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology, Institute of Biogeosciences, Yokosuka, Japan
Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology, Marine Technology and Engineering Center, Yokosuka, Japan
Professor Ronnie Glud, Nordic Center for Earth Evolution at the University of Southern Denmark. Phone: +45 65 50 27 84, mobile: +45 60 11 19 13, email: [Bitte aktivieren Sie Javascript]
Dr. Frank Wenzhöfer, HGF-MPG Brückengruppe für Tiefsee-Ökologie und –Technologie
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Originalarbeit
High rate of microbial carbon turnover in sediments in the deepest oceanic trench on Earth, 2013. Ronnie N. Glud, FrankWenzhöfer, Mathias Middelboe, Kazumasa Oguri,
Robert Turnewitsch, Donald E. Canfield and Hiroshi Kitazato. Nature Geoscience
DOI: 10.1038/NGEO1773
Beteiligte Institute
University of Southern Denmark, Nordic Centre for Earth Evolution, Odense, Dänemark
Scottish Association for Marine Science, Scottish Marine Institute, Oban, Großbrittanien
Greenland Climate Research Centre, Nuuk, Grönland
Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Bremen
Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven
Universität Kopenhagen, Marine Biological Section, Helsingør, Dänemark
Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology, Institute of Biogeosciences, Yokosuka, Japan
Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology, Marine Technology and Engineering Center, Yokosuka, Japan