Magnetische Bakterien liefern Hinweise auf die frühe Diversifizierung von Bakterien

An einem neuen Ort wurden magnetotaktische Bakterien entdeckt, die sich am Erdmagnetfeld ausrichten können. Zuvor an Land und im flachen Wasser beobachtet, hat die Analyse einer hydrothermalen Quelle gezeigt, dass sie auch tief unter dem Ozean überleben können. Die Bakterien konnten in einer Umgebung überleben, die für ihre typischen Bedürfnisse nicht ideal war. Die Forschung wurde veröffentlicht in Grenzen in der Mikrobiologie.

Magnetotaktische Bakterien sind nicht nur wegen ihrer Rolle im Ökosystem der Erde von Interesse, sondern auch bei der Suche nach außerirdischem Leben. Beweise für ihre Existenz können Milliarden von Jahren in Gesteinen verbleiben. Ihre magnetischen Neigungen können auch Aufschluss darüber geben, wie sich Magnetpole im Laufe der Zeit verschoben haben. Diese neue Entdeckung gibt den Forschern Hoffnung, dass die magnetischen Bakterien an noch unerwarteteren Orten gefunden werden könnten, auf der Erde und vielleicht sogar auf dem Mars oder anderswo.

Magnetotaktische Bakterien scheinen Superkräfte zu haben; Sie können das Erdmagnetfeld „spüren“. Diese winzigen Organismen enthalten Magnetosomen, in eine Membran eingewickelte Eisenkristalle, die sich so anordnen, dass sie sich am Erdmagnetfeld ausrichten und die Bakterien wie ein Kompass ausrichten. Dadurch bewegen sich die Bakterien in Richtung der Erdmagnetfeldlinien, die nach Norden oder Süden führen, wie Züge auf einer Magnetschiene.

Als Teil ihres Lebenszyklus spielen sie eine wichtige Rolle im biogeochemischen Kreislauf von Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor und anderen Schlüsselelementen in der Natur. Sie wurden an Land und im flachen Wasser gut untersucht, jedoch selten im tiefen Wasser, wo das Sammeln eine Herausforderung darstellen kann.

Im September 2012 begab sich ein Team, dem auch Forscher der Universität Tokio angehörten, auf eine wissenschaftliche Ozeankreuzfahrt zum südlichen Marianentrog im westlichen Pazifik. Mit einem ferngesteuerten Unterwasserfahrzeug namens HYPER-DOLPHIN sammelten sie einen „Schornstein“ aus einem hydrothermischen Entlüftungsfeld in 2.787 Metern Höhe (fast 4,5-mal so hoch wie der Tokyo Skytree oder mehr als sechsmal so hoch wie das Empire State Building in New York) unter Wasser .

Hydrothermale Quellen entstehen, wenn Meerwasser unter der Erde versickert und schließlich durch Magma überhitzt wird – bis zu 400 °C –, wodurch es wieder zum Kochen kommt. Das ausbrechende Wasser lagert Mineralien und Metalle im Ozean ab, die sich zu Schloten aufschichten und so einen warmen, reichhaltigen Lebensraum für viele einzigartige Lebensformen bieten.

„Wir haben magnetotaktische Bakterien entdeckt, die auf dem Schornstein leben, was wir nicht erwartet hatten. Aufgrund der Form des Schornsteins fehlt ihm ein klarer, vertikaler chemischer Gradient, den diese Bakterien normalerweise bevorzugen“, erklärte Associate Professor Yohey Suzuki von der Graduate School of Science der Universität Tokio. „Die von uns gesammelten Bakterien enthielten hauptsächlich „kugelförmige“ Magnetosomen, die wir als „primitive“ Form betrachten und daraus schließen, dass sie sich über viele Jahrtausende hinweg kaum verändert haben. Tatsächlich ähnelt die Umgebung, in der wir sie fanden, etwa der frühen Erde.“ Schätzungen zufolge entstand vor 3,5 Milliarden Jahren der Vorfahre der magnetotaktischen Bakterien.“

Mithilfe eines Magneten wurden Bakterien vom Rand des Schornsteins gesammelt. Das Team untersuchte dann die genetischen Daten und stellte fest, dass sie mit den Bakterien Nitrospinae verwandt waren, von denen bekannt ist, dass sie eine wichtige Rolle bei der Kohlenstofffixierung in Tiefseeumgebungen spielen, von denen jedoch nicht bekannt war, dass sie magnetotaktische Gruppen enthalten.

„Hydrothermale Quellen in der Tiefsee ziehen nicht nur als Geburtsort einzigartiger Unterwasserlebewesen Aufmerksamkeit auf sich, sondern auch als potenzieller analoger Lebensraum für außerirdisches Leben“, sagte Suzuki. „Die Umgebung, in der wir die Bakterien beprobt haben, ähnelt unserer Meinung nach der des Mars, als es vor etwa drei Milliarden Jahren noch fließendes Wasser auf seiner Oberfläche gab.“

Versteinerte Überreste der magnetischen Partikel in magnetotaktischen Bakterien (sogenannte Magnetofossilien) können über Milliarden von Jahren im Gestein konserviert werden. Diese Magnetofossilien können Forschern helfen, die antike geomagnetische Geschichte zu verstehen, und sind gute Kandidaten für die Suche nach außerirdischem Leben.

Im Jahr 1996 sorgte der etwa 3,6 Milliarden Jahre alte Marsmeteorit Allan Hills 84001 weltweit für Aufsehen, als er scheinbar Eisenkristallfossilien von bakterienähnlichem Leben enthielt. Die Behauptung wurde seitdem weitgehend bestritten, aber Suzuki hofft immer noch auf zukünftige Entdeckungen.

„Magnetotaktische Bakterien liefern Hinweise auf die frühe Diversifizierung von Bakterien und wir hoffen, dass sie außerhalb der Erde gefunden werden, vielleicht auf dem Mars oder eisigen Monden. Vorerst werden wir weiterhin nach weiteren Beweisen für sie in verschiedenen Gesteinsarten und -altern auf der Erde suchen.“ wo man früher nicht vermutete, dass sie dort leben würden.