Mikrobielle Strukturen in antarktischem See könnten mehr über die Evolution des Lebens verraten

In den Tiefen abgelegener antarktischer Seen gedeihen Mikroorganismengemeinschaften, in denen nur wenige Lebensformen überleben können. Wissenschaftler untersuchen die von diesen Gemeinschaften gebildeten Strukturen, um mehr über das mikroskopische Leben in diesen extremen Umgebungen zu erfahren, was Hinweise auf die Entstehung des Lebens geben kann.

Der Untersee ist der größte Süßwassersee im Landesinneren der Ostantarktis.

Da die Oberfläche des Sees ständig unter mehreren Metern Eis begraben ist und er die meiste Zeit des Jahres nur wenig Sonnenlicht abbekommt, gibt es dort keine größeren Organismen wie Pflanzen oder Tiere. In seinen Tiefen jedoch hilft ein reiches Ökosystem den Wissenschaftlern, mehr über die Entwicklung des Lebens auf unserem frühen Planeten zu erfahren.

Riesige Gemeinschaften mikroskopischer Organismen bilden eigenartige Strukturen auf dem Grund des Sees, von solchen, die wie kleine schmale Zinnen geformt sind, bis hin zu größeren kegelförmigen Strukturen. Warum sie zwei verschiedene Formen annehmen, war den Wissenschaftlern bisher ein Rätsel, aber eine aktuelle Studie veröffentlicht In Umweltmikrobiologie versucht, diese Frage zu beantworten.

Dr. Anne Jungblut, Mikrobenforscherin am Museum und Autorin der Studie, sagt: „Weil der Untersee diese beiden unterschiedlichen Formationen aufweist, können wir untersuchen, wie diese mikrobiellen Strukturen entstanden sind.“

„Wenn die Mikroben in diesen Strukturen ähnlich sind, würde das darauf schließen lassen, dass sie in erster Linie durch Umwelteinflüsse geformt werden. Wenn sie jedoch eine unterschiedliche Artenzusammensetzung aufweisen, könnte das bedeuten, dass die Art und Weise, wie diese Arten wachsen, einen größeren Einfluss auf die Form dieser Strukturen hat.“

„Da diese beiden Strukturen nebeneinander in derselben Umgebung wachsen, glauben wir, dass die Mikrobenarten eine größere Rolle bei der Beeinflussung der Form der Struktur spielen. Deshalb wollten wir in dieser Studie die Organismen, aus denen diese Strukturen bestehen, genauer unter die Lupe nehmen.“

Woraus bestehen diese Strukturen?

Obwohl der Untersee ständig eisbedeckt ist, dringt gerade genug Licht in die Tiefen des Sees, um photosynthetisches Leben zu ermöglichen.

Die oberste Schicht dieser mikrobiellen Strukturen ist sehr bunt, da sie voller photosynthetischer Organismen ist, die Pigmente produzieren, um das wenige Licht einzufangen, das den Seeboden erreicht. Unter dieser Schicht sieht es aus wie leerer Ton, aber auch dort wimmelt es von verschiedenen Organismen, die kein Licht zum Wachsen brauchen.

Die Forscher analysierten mehrere winzige Proben, von denen jede weniger als ein Gramm wog, um mehr über die Arten zu erfahren, aus denen diese verschiedenen Strukturen bestehen. Anschließend extrahierten sie die DNA und verwendeten sie, um die Genome der verschiedenen Arten zusammenzusetzen und herauszufinden, was vorhanden war.

Die Proben enthielten eine Vielzahl einzelliger Organismen wie Archaeen und komplexere Protisten wie Mikropilze, Ciliaten und Amöben. Die äußeren Schichten bestanden größtenteils aus Cyanobakterien, einer Art photosynthetischer Bakterien, die in den meisten Süßwasserökosystemen weltweit natürlich vorkommen.

Die beiden Arten mikrobieller Strukturen wurden von zwei verschiedenen Cyanobakterienarten dominiert. Die kegelförmigen Strukturen enthielten eine größere Anzahl der dickeren Cyanobakterien der Art Microcoleus, und die gipfelförmigen Strukturen enthielten eine größere Anzahl der dünneren Arten Elainellacea.

„Aufgrund unserer Forschung glauben wir, dass Cyanobakterien bei der Entstehung dieser Strukturen eine Rolle spielen“, sagt Anne. „Es muss also eine Art und Weise geben, wie sie wachsen, die zu diesen unterschiedlichen Formen führt.“

„Wir wissen jedoch noch nicht, warum in bestimmten Bereichen des Sees unterschiedliche Arten wachsen und wie diese unterschiedlichen Mikroorganismen miteinander interagieren. Dies möchten wir in unseren künftigen Forschungen genauer untersuchen.“

Was verraten uns diese mikrobiellen Strukturen über das frühe Leben auf der Erde?

Die mikrobiellen Strukturen im Untersee wachsen jedes Jahr weiter, da die Kombination aus Mikroorganismen und abgefallenem Sediment Schichten bildet, die über Hunderte oder sogar Tausende von Jahren große Strukturen bilden können.

Diese weichen mikrobiellen Strukturen bilden sich auf ähnliche Weise wie Stromatolithen, die vor Milliarden von Jahren erstmals auf unserem Planeten auftauchten und zu den ältesten bekannten Fossilien gehören.

Obwohl es heute noch Stromatolithen gibt, sind sie vor allem als Hauptmerkmal des Archaikums bekannt, das sich von vor 4 bis 2,5 Milliarden Jahren erstreckte. Zu dieser Zeit gab es keine der Pflanzen, Tiere oder anderen komplexen Organismen, die wir heute kennen.

Das einzige Leben, das existierte, war einzellig. Viele Stromatolithen aus dem Archaikum bestanden ebenfalls aus photosynthetisierenden Cyanobakterien und man geht davon aus, dass sie größtenteils für die sauerstoffreiche Atmosphäre verantwortlich sind, von der wir heute abhängig sind.

Wissenschaftler nutzen die Gelegenheit, lebende mikrobielle Schichtstrukturen zu untersuchen, um mehr über die Entwicklung des Lebens in dieser frühen Phase der Erdgeschichte zu erfahren.

„Die meisten Lebensräume auf der Erde beherbergen heute viele Organismen, die es auf der frühen Erde nicht gab“, sagt Anne. „Deshalb untersuchen wir diese Strukturen in der Antarktis, weil es sich um eine extreme Umgebung handelt, in der nicht viel Leben möglich ist, und sie daher besser widerspiegelt, wie es im Archaikum ausgesehen haben könnte.“

„Der Untersee ist einzigartig, weil er diese unterschiedlichen Formen mikrobieller Strukturen aufweist. Das Studium dieser Strukturen kann uns helfen, mehr darüber zu erfahren, wie sich das Leben entwickelte, formte und organisierte und wie stark es von Umwelteinflüssen beeinflusst wurde.“

Diese Geschichte wurde mit freundlicher Genehmigung des Natural History Museum erneut veröffentlicht. Lesen Sie die Originalgeschichte Hier.