Jahrhundertealte Lavahöhlen der Insel Hawaii enthalten Tausende unbekannter Bakterienarten

Die Lavahöhlen, Lavaröhren und geothermischen Quellen auf der großen Insel Hawaii weisen eine höhere Bakterienvielfalt auf, als Wissenschaftler erwartet hatten, berichtet eine neue Studie in Grenzen in der Mikrobiologie. Diese Lebensräume stellen dar, wie Leben in der Vergangenheit auf dem Mars und der frühen Erde existiert haben könnte, und diese Studie untersucht die Vielfalt und Wechselwirkungen innerhalb dieser mikrobiellen Ökosysteme.

Überraschenderweise zeigten die Ergebnisse, dass eine Gruppe von Bakterien namens Chloroflexi oft „Hub“-Spezies sind, was bedeutet, dass sie mit vielen anderen Arten verbunden sind und normalerweise eine wichtige ökologische Rolle in der Gemeinschaft spielen. Über viele Chloroflexi-Arten ist wenig bekannt, und weitere Untersuchungen werden bisher unentdeckte Arten sowie die Rolle dieser Arten in diesen extremen Umgebungen aufdecken.

„Diese Studie weist auf die Möglichkeit hin, dass ältere Bakterienstämme wie das Phylum Chloroflexi wichtige ökologische ‚Jobs‘ oder Rollen haben könnten“, sagte Erstautorin Dr. Rebecca D. Prescott vom NASA Johnson Space Center und der University of Hawaiʻi in Mānoa , in den USA.

„Die Chloroflexi sind eine äußerst vielfältige Gruppe von Bakterien mit vielen verschiedenen Rollen, die in vielen verschiedenen Umgebungen zu finden sind, aber sie sind nicht gut untersucht, und daher wissen wir nicht, was sie in diesen Gemeinschaften tun. Einige Wissenschaftler nennen solche Gruppen ‚mikrobiell‘ dunkle Materie“ – die unsichtbaren oder unerforschten Mikroorganismen in der Natur.“

Unsichtbares vulkanisches Leben

Um eine Vorstellung davon zu bekommen, wie sich die Bakteriengemeinschaften im Laufe der Zeit entwickeln könnten, sammelten Prescott und ihre Mitarbeiter 70 Proben von verschiedenen Orten, darunter aktive geothermische Quellen (Fumarolen) sowie „jüngere“ und „ältere“ Lavaröhren und Höhlen, die darunter lagen 400 Jahre alt bzw. zwischen 500 und 800 Jahre alt. Durch die Sequenzierung der ribosomalen RNA in den Proben konnten sie die Diversität und Häufigkeit der Bakterienklassen in jeder Probe messen. Die von gleichzeitig vorkommenden Bakterien gebildeten Netzwerke gaben auch Hinweise darauf, wie diese Mikroben möglicherweise miteinander interagieren.

Das Forschungsteam hatte erwartet, dass die härtesten Bedingungen – die geothermischen Standorte – eine geringere Diversität aufweisen könnten als die etablierteren und bewohnbareren Lavaröhren. Zwar war die Diversität geringer, aber das Team stellte überrascht fest, dass die Interaktionen innerhalb dieser Gemeinschaften komplexer waren als an Orten mit höherer Diversität.

„Dies führt zu der Frage, ob extreme Umgebungen dazu beitragen, interaktivere mikrobielle Gemeinschaften zu schaffen, in denen Mikroorganismen stärker voneinander abhängig sind?“ sagte Prescott. „Und wenn ja, was hilft an extremen Umgebungen dabei, dies zu schaffen?“

Da Chloroflexi und eine andere Klasse namens Acidobacteria an fast allen Standorten vorhanden waren, spielen sie möglicherweise eine wichtige Rolle in diesen Gemeinschaften. Dies waren jedoch nicht die am häufigsten vorkommenden Bakterien, und die einzelnen Gemeinschaften an den verschiedenen Standorten zeigten große Unterschiede in der Vielfalt und Komplexität der mikrobiellen Interaktionen. Entgegen der Intuition waren die am häufigsten vorkommenden Gruppen, Oxyphotobacteria und Actinobacteria, nicht oft „Hub“-Spezies, was darauf hindeutet, dass ihre Rolle für die Gesamtstruktur der Gemeinschaft möglicherweise weniger wichtig ist.

Mehr Fragen als Antworten

Die aktuelle Studie, die auf der teilweisen Sequenzierung eines Gens basiert, kann die Arten von Mikroben oder ihre „Jobs“ in der Gemeinschaft nicht genau bestimmen. Daher sind weitere Studien erforderlich, um die einzelnen vorhandenen Arten aufzudecken und die Rolle dieser Bakterien in der Umwelt besser zu verstehen.

„Insgesamt hilft diese Studie zu veranschaulichen, wie wichtig es ist, Mikroben in Kokultur zu untersuchen, anstatt sie allein (als Isolate) zu züchten“, sagte Prescott. „In der Natur wachsen Mikroben nicht isoliert. Stattdessen wachsen, leben und interagieren sie mit vielen anderen Mikroorganismen in einem Meer aus chemischen Signalen dieser anderen Mikroben. Dies kann dann ihre Genexpression verändern und ihre Aufgaben beeinflussen die Gemeinde.“

Neben den Erkenntnissen über vergangenes oder sogar zukünftiges Leben auf dem Mars können Bakterien aus vulkanischen Umgebungen auch nützlich sein, um zu verstehen, wie Mikroben Vulkangestein (Basalt) in Böden umwandeln, sowie für die biologische Sanierung, Biotechnologie und nachhaltiges Ressourcenmanagement.