Die Verknüpfung fossiler Klima-Proxys mit lebenden Bakterien hilft bei Klimavorhersagen

Mikroben haben eine Haut, die auf die Umwelt reagiert, ähnlich wie unsere Haut schwitzt, wenn es heiß ist, oder zittert, wenn es draußen kalt ist. Versteinerte mikrobielle Häute können uns einen Eindruck davon vermitteln, wie das Klima in der tiefen geologischen Vergangenheit war. Durch die Entdeckung des „fehlenden Bindeglieds“ zwischen solchen fossilen Häuten und den Häuten lebender Bakterien hat Diana Sahonero, Mikrobiologin am Royal Netherlands Institute for Sea Research (NIOZ), die Genauigkeit von Klimarekonstruktionen und -vorhersagen erheblich verbessert.

Mikrobielle Häute bestehen aus Lipiden – Fettmolekülen – die als Fossilien erhalten werden können und uns Geschichten darüber erzählen, wie diese Mikroben in der Vergangenheit gelebt haben. „Einige mikrobielle Lipide werden häufig verwendet, um vergangene Klimazonen zu rekonstruieren. Sie waren immer von Rätseln umgeben, da wir nicht wussten, welche Mikroben sie unter welchen Bedingungen herstellen. Dieser Mangel an Informationen schränkt die Vorhersagekraft dieser Moleküle bei der Rekonstruktion vergangener Umweltbedingungen ein Bedingungen“, sagt Sahonero.

Ihre Studie zeigt nun, welche Bakterien diese Lipide herstellen und wie sie ihre Lipidhaut entwickelt haben, um sich an Umweltveränderungen anzupassen – ein weiterer Schritt, um den Klimawandel detaillierter zu rekonstruieren und vorherzusagen.

Klimarekonstruktionen

Lipide, die molekularen Bausteine ​​der Zellmembran, sind für jede Mikrobenart einzigartig. „Es funktioniert genau wie Fingerabdrücke, sie können verwendet werden, um mikrobielle Überreste zu identifizieren“, sagt Laura Villanueva, außerordentliche Professorin an der Fakultät für Geowissenschaften der Universität Utrecht und leitende Wissenschaftlerin am NIOZ.

Die Lipide uralter Mikroben können in alten Sedimenten gefunden werden. Sobald diese Moleküle aus der Vergangenheit getrennt, identifiziert und mit derzeit lebenden Bakteriengruppen in Verbindung gebracht werden, können die Lipide wie „Biomarker“ wirken. Diese Marker können uns Aufschluss über die atmosphärischen und ozeanischen Bedingungen der Urerde geben, weil wir von den lebenden Verwandten der Mikroben wissen, wie sie mit ihrer Umwelt interagieren.

Wer hat diese Moleküle hergestellt und wie?

Lange Zeit war unklar, welche Bakterien genau diese spezifischen Lipide herstellen, die als verzweigte Glyceroldialkylglyceroltetraether (GDGTs) bezeichnet werden. Diese Art von Lipiden wird häufig bei Klimarekonstruktionen verwendet. Diana und ihre Kollegen haben endlich die Bakterien entdeckt, die diese Lipide bilden. Und auch, wie diese Bakterien die Lipide eigentlich herstellen.

„Es war wie die Suche nach der Nadel im Heuhaufen“, sagt Sahoreno. „Wir wussten von Anfang an, dass wir diese Frage mit einem umfassenden Ansatz beantworten mussten. Wir mussten mehr als 1850 Proteine ​​untersuchen, um Mikroben zu identifizieren, die diese Lipidmoleküle herstellen.“

Sobald die Forscher wissen, welche derzeit lebenden Bakterien diese Lipidmoleküle herstellen, können sie verwendet werden, um genauere Klimarekonstruktionen durchzuführen. Forscher können die Wechselwirkungen dieser lebenden Bakterien mit ihrem umgebenden Meerwasser oder ihrer Atmosphäre messen. Diese Informationen führen zu „Stellvertretern“ – Schlüsseln, um Details der Lipidmoleküle (z. B. Häufigkeit) mit Werten der Umwelt zu korrelieren. Dies ist ein wichtiger Schritt zur Rekonstruktion vergangener Umwelt- und Klimabedingungen anhand alter Sedimentproben.

Frühe Evolution des Lebens

„Unsere Studie zeigt, dass es viele Arten von derzeit lebenden Bakterien gibt, die diese Art von Membranlipiden herstellen können. Außerdem haben wir festgestellt, dass diese Bakterien alle auf Umgebungen beschränkt sind, in denen kein Sauerstoff vorhanden ist“, sagt Sahonero.

„Diese Studie über Archaea-ähnliche Lipide von Bakterien zeigt, wie diese Gruppe von Mikroben, die sie produzieren, vor Milliarden von Jahren ihre Lipidmembran entwickelt hat. Es ist fantastisch, einen Einblick in diesen Teil der Lebensgeschichte zu bekommen. Bis jetzt war es größtenteils ein Rätsel.“ „

Was nun?

Die Arbeit von Sahonero und ihren Kollegen dauert noch an. „Jetzt wissen wir, welche Bakterien diese molekularen Bausteine ​​bilden und wir verstehen, wie sie das tun. Als nächstes müssen wir herausfinden, wie die Produktion dieser Moleküle von Umweltfaktoren wie Wassertemperatur oder pH-Wert abhängt“, sagt Villanueva. „Dann kann der auf diesen bakteriellen Lipiden basierende Proxy von (Paläo-)Klimatologen sicherer verwendet werden. Dies gibt ihnen neue Möglichkeiten, den Klimawandel detaillierter zu rekonstruieren und vorherzusagen.“

Die Studie wurde veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritte.