Mikroorganismen spielen eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung des Meeresbodens, wie eine neue Studie eines internationalen Forschungsteams unter der Leitung von Dr. Joely Maak vom MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen zeigt. Seit Millionen von Jahren formen heiße Flüssigkeiten, die aus dem Erdinneren aufsteigen, die Beschaffenheit des Ozeanbodens. Diese Untersuchung, die auf den Ergebnissen einer Expedition des deutschen Forschungsschiffs METEOR im Jahr 2023 basiert, beleuchtet, wie unterschiedliche Strömungsintensitäten hydrothermaler Flüssigkeiten nicht nur die mikrobiellen Gemeinschaften, sondern auch die Mineralbildung am Meeresboden beeinflussen.
Die Expedition M192, die unter der Leitung von Dr. Solveig Bühring im August 2023 stattfand, hatte das Ziel, unbekannte hydrothermale Systeme in mittleren Wassertiefen vor der griechischen Insel Milos zu erkunden. In diesem Zusammenhang entdeckte das Forschungsteam ein neuartiges Hydrothermalsystem in Wassertiefen von 100 bis 250 Metern. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass variierende Fließraten hydrothermaler Flüssigkeiten entscheidend für die mikrobiellen Stoffwechselwege sind, die wiederum die Bildung verschiedener Mineralien am Meeresboden steuern.
In der Umgebung von Milos gibt es eine Vielzahl an hydrothermalen Aktivitäten, die sich in ihren Eigenschaften stark unterscheiden. Es gibt sowohl langsam austretende Flüssigkeiten als auch heiße, stark eruptierende Quellen. Dr. Joely Maak erklärt, dass diese unterschiedlichen Fluide ganz verschiedene Lebensräume für Mikroorganismen schaffen. In Bereichen mit langsamem Flüssigkeitsfluss dringt Meerwasser tief in die Sedimente ein. Dieses eindringende Wasser bringt gelöstes Sulfat mit, das von sulfatreduzierenden Mikroorganismen genutzt wird, um Pyrit im Sediment zu bilden. Im Gegensatz dazu leben in Gebieten, in denen heiße, saure Flüssigkeiten direkt ausströmen, schwefeloxidierende Bakterien. Hier fehlt das sulfatreiche Meerwasser, und es bilden sich Elemente wie elementarer Schwefel.
Bislang wurde die Mineralbildung in aktiven Hydrothermalsystemen hauptsächlich als geologischer Prozess betrachtet. Diese Studie zeigt jedoch, dass Mikroorganismen aktiv an diesem Prozess mitwirken können. Dr. Marcus Elvert, der Projektleiter, betont, dass diese Untersuchung die erste umfassende Analyse des neu entdeckten Hydrothermalsystems nach seiner Erstbeschreibung darstellt und somit eine wichtige Grundlage für zukünftige Forschungen in diesen einzigartigen Lebensräumen bildet.
Um die verschiedenen mikrobiellen Stoffwechselwege zu identifizieren, wandte das Forschungsteam eine Vielzahl von Methoden an, darunter Isotopenanalysen von Fettsäuren, Mineralanalysen, Untersuchungen von Schwefelisotopen und die Geochemie der Porenwässer. Diese umfassende Methodenkombination ermöglichte es den Wissenschaftlern, die enge Verknüpfung zwischen biologischen und geologischen Prozessen zu demonstrieren. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit war dabei von entscheidender Bedeutung. Das Team setzte sich aus Experten der Geomikrobiologie, Mineralogie und Geochemie zusammen, was die tiefgehende Analyse der Wechselwirkungen zwischen Fluidfluss, Mikroorganismen und Mineralbildung ermöglichte.
Diese Forschung ist Teil des Exzellenzclusters „Der Ozeanboden – Unerforschte Schnittstelle der Erde“, dessen Ziel es ist, die Ozeanboden-Ökosysteme unter veränderten Umweltbedingungen besser zu verstehen und zentrale Stoffkreisläufe, wie den Kohlenstoffkreislauf, zu erforschen. Die Erkenntnisse basieren auf Proben und Daten, die während der Expedition M192 mit dem Forschungsschiff METEOR III gesammelt wurden. Auch nach dem Ende der letzten Reise des Schiffes nach fast vier Jahrzehnten Forschung liefert es weiterhin wertvolle Informationen über die bisher unbekannten Prozesse am Meeresboden.
Insgesamt verdeutlicht diese Studie die wesentliche Rolle, die Mikroorganismen in der Gestaltung des Meeresbodens spielen. Sie zeigt auf, dass biologische Prozesse eng mit geologischen Abläufen verknüpft sind und dass ein besseres Verständnis dieser Wechselwirkungen entscheidend für den Schutz und die Erhaltung mariner Ökosysteme ist. Das MARUM, als führendes Institut in der Erforschung der Rolle des Ozeans und des Meeresbodens im Erdsystem, setzt sich weiterhin für eine nachhaltige und verantwortungsvolle Forschung ein, die sowohl der Wissenschaft als auch der Gesellschaft zugutekommen soll.
