Süße Algenpartikel widerstehen hungrigen Bakterien

Doch wie der Prozess der Kohlenstoffpumpe auf molekularer Ebene funktioniert, ist bislang nur wenig verstanden – obwohl er so wichtig ist. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Forschungsgruppe Marine Glykobiologie des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie und des MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen untersuchen in dem Zusammenhang marine Polysaccharide, also Mehrfachzuckerverbindungen, die von Algen gebildet werden. Diese marinen Zucker sind strukturell sehr unterschiedliche Verbindungen und gehören zu den komplexesten Biomolekülen, die in der Natur zu finden sind. Ein einzelnes Bakterium ist nicht in der Lage, die Zucker-Mischung allein zu verwerten. Hierfür ist ein ganzes Ensemble an Abbauwegen und Enzymen notwendig. In der Na­tur bewerkstelligt dies eine Gemeinschaft verschiedener Bakterien, die eng und sehr effizient zusammenarbeiten – ein perfekt eingespieltes Team. Diese Gemeinschaft funktioniert so gut, dass der Großteil der Mikroalgen aufgefuttert und verdaut wird, bevor sie sich ansammeln und ihren Weg in die Tiefsee antreten können. Sehr viel des gespeicherten Kohlenstoffs wird deshalb wieder in die Atmosphäre abgegeben.

Doch wie ist es dann möglich, dass dennoch riesige Mengen an Kohlenstoff in der Tiefsee landen? Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Forschungsgruppe Marinen Glykobiologie haben nun einen Bestandteil des Prozesses entdeckt, der möglicherweise großen Einfluss hat, und veröffentlichten ihre Ergebnisse in dem Fachmagazin Nature Communications. "Wir haben ein sulfiertes Polysaccharid gefunden, das den Zucker Fucose enthält – kurz FCSP – und das der Bakteriengemeinschaft sehr lange widerstehen kann", sagt Silvia Vidal-Melgosa, Erstautorin der Studie. "Diese Entdeckung kommt einem Paradigmenwechsel gleich; denn bisher war man davon ausgegangen, dass Polysaccharide schnell und komplett durch die Bakterien abgebaut werden." Diese Annahme ist der Grund dafür, dass Zucker bisher als mögliche Kohlenstoffsenke übersehen wurden. Doch auch Analysen der Bakteriengemeinschaft, die von Forschenden der Abteilung Molekulare Ökologie des MPI in Bremen sowie der Universität Greifswald durchgeführt wurden, zeigten, dass die Mikroben nur sehr wenig Enzyme besitzen, die diesen Zucker abbauen können.

In den Forschungsergebnissen spielen Partikel, die aus dem mikrobiell resistenten Zucker bestehen, eine wichtige Rolle. Während des Wachstums und beim Absterben setzen einzellige Kieselalgen große Mengen unbekannter, klebriger, mehrkettiger Zucker frei. Mit zunehmender Konzentration pappen diese Zuckerketten zusammen und bilden molekulare Netzwerke. An diesen kleinen Zuckerpartikeln bleiben wiederum andere Partikel hängen, etwa andere Zuckerstückchen, Kieselalgenzellen oder Mineralien. Dadurch werden die Klumpen größer und schwerer und sinken schneller als einzelne Kieselalgenzellen. Die Klumpen benötigen dann mindestens zehn Tage, um eine Tiefe von 1000 Metern zu erreichen – oft auch viel länger. Das bedeutet, dass der klebrige Zuckerkern dem biologischen Abbau durch Bakterien so lange widerstehen muss, um die Klumpen zusammenzuhalten. Und dies, obwohl die Bakterien sehr aktiv und immer hungrig sind.