Sogar inaktive Tiefsee-„Raucher“ sind dicht von mikrobiellen Gemeinschaften besiedelt, wie eine Studie zeigt

Unter bestimmten Bedingungen können mikrobielle Gemeinschaften wachsen und gedeihen, selbst an Orten, die scheinbar unbewohnbar sind. Dies ist bei inaktiven Hydrothermalquellen am Meeresboden der Fall. Ein internationales Team, zu dem auch Forscher des MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen gehören, arbeitet derzeit daran, genau zu quantifizieren, wie viel anorganischer Kohlenstoff in diesen Umgebungen gebunden werden kann.

Aufgrund des hohen Drucks, der Dunkelheit und des Nährstoffmangels ist die Tiefsee im Allgemeinen kein gastfreundlicher Ort. Aber bei Hitze und einem starken Zustrom energiereicher Flüssigkeiten, wie es an aktiven Hydrothermalquellen der Fall ist, können sich dort zahlreiche Fische, Schalentiere und Mikroorganismen ansiedeln. Aber was passiert mit diesen Lebensgemeinschaften, wenn die Quelle heißer Flüssigkeiten erschöpft ist?

Die Schlote entstehen über lange Zeiträume, wenn Meerwasser durch Risse in die Erdkruste eindringt, sich dort erwärmt, sich dann auflöst und auf dem Weg zurück zum Meeresboden Mineralien aufnimmt. Dieses heiße, mineralreiche und oft rauchige Wasser sucht sich den durchlässigsten Weg durch die Erdkruste und trifft am Meeresboden auf kaltes, sauerstoffreiches Wasser.

Dabei kommt es zur Ausfällung von Mineralien, die sich als Schornsteine ​​ablagern. Diese hydrothermalen Quellen sind energiereiche Lebensräume, die auf Chemosynthese basieren, in denen Mikroorganismen aus der Basis der Nahrungsnetze leben. Je nach Region enthalten Schornsteine ​​an hydrothermalen Quellen Mineralien wie Kupfer, Zink, Gold oder Silber. Infolgedessen besteht ein wachsendes Interesse an der Ausbeutung inaktiver Raucher im Tiefseebergbau.

Wenn der Zufluss mineralstoffreicher Flüssigkeiten versiegt, werden die schwarzen Raucher inaktiv. Größere Organismen wandern zum nächsten Schlot, aber die mikrobiellen Gemeinschaften haben Möglichkeiten, sich an die neuen Bedingungen anzupassen.

„Auch vierzig Jahre nach der Entdeckung der ersten Hydrothermalfelder erfahren wir immer wieder Neues über die Funktionsweise dieser Ökosysteme“, sagt Dr. Florence Schubotz vom MARUM, „insbesondere über die Menge an CO2, die bei inaktiven Rauchern gebunden ist, aber auch mit.“ hinsichtlich des Umfangs des mikrobiellen Lebens, seiner Aktivität und seiner Produktionsraten.

Zu ermitteln, wie stark inaktive Raucher besiedelt sind, steht im Mittelpunkt eines Forschungsprojekts, an dem Schubotz arbeitet. Bei der Arbeit handelt es sich um Probenentnahmen genau an der Stelle, an der vor etwa vier Jahrzehnten die ersten hydrothermalen Quellen im Ostpazifik entdeckt wurden.

„Die ersten Ergebnisse deuten darauf hin, dass auch inaktive Raucher wichtige Orte für mikrobielle Aktivität und die Produktion von organischem Kohlenstoff am Meeresboden sind. Wir beginnen gerade erst zu verstehen, wie der Kohlenstoffkreislauf in der Tiefsee funktioniert. Es ist sicher, dass Kohlenstoff dort fixiert ist.“ solche Hotspots.

„Aber“, so Schubotz, „wir verstehen diese Ökosysteme noch nicht gut genug, um die Größenordnungen abzuschätzen.“ Weite Bereiche des Meeresbodens sind noch nicht erforscht und noch immer warten unbekannte hydrothermale Systeme auf ihre Entdeckung.

Jedes Ausbreitungszentrum an Plattengrenzen ist ein potenzielles Besiedlungsgebiet. Die Proben aus dem Ostpazifik werden einen guten Ausgangspunkt bieten, da bereits gute Kenntnisse über das Ausmaß der mikrobiellen Gemeinschaften an diesem Standort vorliegen. Das internationale Team hat daher Proben von aktiven und inaktiven Rauchern untersucht und miteinander verglichen.

Das Team gewann die Proben während dreier Expeditionen in den Jahren 2019 und 2021, teilweise mit Hilfe des bemannten Tauchforschungsfahrzeugs Alvin, vom East Pacific Rise (9 Grad Nord), einem ozeanischen Rücken an einer pazifischen Plattengrenze. Ihr Ziel ist es, das Ökosystem Tiefsee und die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Organismen besser zu verstehen und erstmals zu berechnen, wie sich die Stoffwechselraten von aktiven zu inaktiven Systemen verändern.

„Ohne diese Art von Daten“, heißt es in der Veröffentlichung, „bleibt unser Verständnis der Elementkreisläufe im Ökosystem der inaktiven Schornsteine ​​und ihres möglichen Einflusses auf die Biochemie der Tiefsee unvollständig.“ Das Team betont, dass solche Untersuchungen unerlässlich seien, bevor Entscheidungen zum Tiefseebergbau getroffen werden könnten.

Die Biogeochemie am Meeresboden und die Wechselwirkungen mariner Ökosysteme mit der Umwelt gehören auch zu den zentralen Forschungsthemen des Exzellenzclusters „Der Meeresboden – die unerforschte Schnittstelle der Erde“.

Die Ergebnisse sind veröffentlicht im Tagebuch Naturmikrobiologie.