Vagabunden und Stubenhocker: Nischen bakteriellen Lebens auf dem Meeresboden

Sandiger Meeresboden, sogenanntes permeables Sediment, bedeckt mindestens die Hälfte der Kontinentalränder und ist ein sehr effizienter ökologischer Filter: Meerwasser spült durch ihn hindurch und transportiert dabei Sauerstoff und allerlei Nährstoffe. Die Bakterien im Sediment nutzen diesen Eintrag. Vieles von dem, was mit dem Meerwasser in den Meeresboden gelangt, wird in andere Formen umgewandelt und teilweise für Jahrtausende vergraben. „Diese Filterfunktion macht sandige Sedimente zu einem hochinteressanten und wichtigen Forschungsthema“, sagt Chyrene Moncada vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, Erstautorin der aktuellen Studie. „Wir wollten herausfinden, wie die bakterielle Gemeinschaft in diesen Sedimenten strukturiert ist.“

Dazu reisten die Bremer Forschenden auf die arktische Inselgruppe Spitzbergen und sammelten im dortigen Isfjorden sandige Sedimente mithilfe des eigens entwickelten Ellrott-Greifers. Dieser ermöglicht es, Proben aus sandigen Sedimenten zu nehmen, ohne diese dabei durchein­anderzubringen. Die Forschenden nutzten nur die sauerstoffreichen, obersten zwei Zentimeter des Sediments und trennten es in drei Teile: „Zuerst entnahmen wir das Porenwasser, dann schüttelten wir die lose anhaftenden Bakterien von den Körnern ab. Der Rest war unsere Fraktion mit festsitzenden Bakterien“, erklärt Moncada. „Mit einer Vielzahl von Methoden untersuchten wir dann die Zellzahlen, die Zusammensetzung der Gemeinschaft, die Stoffwechselmöglichkeiten und die Aktivitäten in diesen Gruppen.“

Die festsitzenden Bakterien haben andere Bedürfnisse. Die Forschenden vermuten, dass sich die Bakterien dieser Fraktion in Rissen und Spalten einnisten und sich in Mulden und Vertiefungen ducken. Dort sind sie vor der Strömung und reibenden Sandkörnern geschützt und auch schwer zu erreichen für Fressfeinde, die die Oberfläche der Sandkörner nach Nahrung absuchen. Dies könnte erklären, warum sie viel zahlreicher sind als ihre umherstreifenden Artgenossen: Fast 90 Prozent der Bakterien im untersuchten Sediment waren fest angeheftet. „Allerdings hat dieser sichere Lebensort seinen Preis“, erklärt Knittel. „Unsere Daten lassen vermuten, dass sich diese Bakterien mit den Essensresten der freilebenden und lose anhaftenden Bakterien begnügen müssen. Außerdem können in ihrem beengten Umfeld Sauerstoff und andere Ressourcen knapp werden, was ihr Wachstum und ihre Aktivität einschränken könnte.“

„Dies ist ein wirklich faszinierender Einblick in die inneren Abläufe dieses Ökosystems: Wir verstehen jetzt besser, wie Bakterien in Oberflächensedimenten zum Abbau und Recycling von organischem Material beitragen. Obwohl die Protagonisten so winzig sind, kann dies globale Auswirkungen haben, weil diese Sedimente weltweit so große Flächen bedecken. „Es beeinflusst letztlich, wieviel organisches Material vergraben wird und wieviel Kohlendioxid wieder in das darüberliegende Wasser und damit in die Atmosphäre abgegeben wird“, sagt Moncada.

Chyrene Moncada, Carol Arnosti, Jan D. Brüwer, Dirk de Beer, Rudolf Amann, Katrin Knittel (2024): Niche separation in bacterial communities and activities in porewater, loosely attached, and firmly attached fractions in permeable surface sediments. The ISME Journal, 2024, 18(1), wrae159.

DOI: https://doi.org/10.1093/ismejo/wrae159

Abteilung Molekulare Ökologie, Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie, 28359 Bremen, Deutschland

Department of Earth, Marine, and Environmental Sciences, Universität von North Carolina in Chapel Hill, Chapel Hill, NC 27599, Vereinigte Staaten