Eine aktuelle Studie zeigt, dass sich biologische Methanfilter am Meeresboden viel schneller entwickeln, als bisher angenommen. Ein internationales Forschungsteam, an dem auch die Universität Bremen beteiligt ist, hat über einen Zeitraum von sechs Jahren die Entstehung einer neu entdeckten Methanquelle im Südchinesischen Meer untersucht. Die Ergebnisse wurden in der angesehenen Fachzeitschrift „National Science Review“ veröffentlicht.
Die Forschungsstelle befindet sich in einer Tiefe von 1.766 Metern und wurde 2018 durch eine Bohrung zur Erkundung von Gashydraten eröffnet. Vor dieser Bohrung waren weder ein Gasstrom noch eine signifikante Besiedlung des Meeresbodens zu beobachten. Die Wissenschaftler, darunter der Mikrobiologe Emil Ruff von der Universität Bremen, verfolgten die Entwicklung des Ökosystems in dieser Region mithilfe von Echoloten, Unterwasserkameras, chemischen Sensoren sowie durch Sedimentproben und genetische Analysen.
Die zentrale Rolle im neu entstehenden Biofilter spielen Mikroorganismen, die in der Lage sind, Methan in den sauerstoffarmen Schichten des Meeresbodens abzubauen. Normalerweise wachsen diese Mikroben sehr langsam, da ihr Stoffwechsel nur wenig Energie liefert. An der neu entdeckten Austrittsstelle vermehrten sie sich jedoch wesentlich schneller als in früheren Schätzungen prognostiziert. Innerhalb von lediglich 21 bis 38 Tagen verdoppelte sich ihre Population, während frühere Vorhersagen von Zeitspannen von 100 bis 200 Tagen ausgegangen waren. Emil Ruff erklärt, dass bereits nach ein bis zwei Jahren ein effektives methankonsumierendes Ökosystem entstanden war. Nach zwei bis drei Jahren waren die Mikroorganismen und die neu angesiedelten Tiere funktional zu einem komplexen Biofilter miteinander verbunden.
Zusätzlich zu den Mikroben siedelten sich grabende Borstenwürmer an, die zuvor weitgehend unbesiedelten Meeresboden durchmischten. Diese Aktivitäten der Würmer führten wahrscheinlich zu einem besseren Transport von Sauerstoff, Nitrat und Sulfat in tiefere Sedimentschichten. Gleichzeitig blieben anaerobe Zonen erhalten, was es unterschiedlichen Mikroorganismen ermöglichte, Methan sowohl unter Sauerstoffbedingungen als auch ohne Sauerstoff abzubauen. Die Würmer profitierten von den neuen Mikroben, die ihnen als Nahrungsquelle dienten, und trugen so gemeinsam mit den Mikroorganismen zur Methanreduktion bei.
Nach wenigen Jahren war das junge Ökosystem bereits in der Lage, Methan auf einem Niveau abzubauen, das mit älteren natürlichen Methanquellen vergleichbar war. Die Forscher schätzten, dass der Methanabbau im Sediment 60 bis 100 Prozent der Effizienz eines Jahrzehnte alten Ökosystems erreichen konnte. Diese Berechnungen beziehen sich allerdings nur auf den Abbau im Sediment.
Die schnelle Entwicklung des Methanfilters brachte jedoch auch bedeutende Veränderungen im ursprünglichen Ökosystem mit sich. Ruff hebt hervor, dass innerhalb von nur zwei Jahren die Vielfalt der Bakterien und anderer Mikroorganismen im Umkreis von 20 Metern um die Methanquelle um über 50 Prozent zurückging. Sogar in einem Abstand von 500 Metern wurden erhöhte Methankonzentrationen festgestellt, während gleichzeitig die mikrobiologische Vielfalt um mehr als 30 Prozent verringert war.
Die Studie mit dem Titel „Rasche Neubildung eines Biofilters aus Tieren und Mikroorganismen zur Minderung von Methanaustritten aus dem Meeresboden“ belegt somit zwei wesentliche Entwicklungen: Der Meeresboden hat innerhalb kurzer Zeit eine hohe Fähigkeit zur Methanreduktion entwickelt, jedoch auf Kosten der ursprünglichen Lebensgemeinschaft. Emil Ruff betont, dass diese Ergebnisse entscheidend sind, um die Auswirkungen von Methanaustritten im Kontext der globalen Erwärmung und menschlicher Aktivitäten besser zu verstehen. Zudem sollte bei der Modellierung der Methanabbauprozesse nicht nur das Wachstum der Mikroben, sondern auch deren Interaktionen mit tierischen Organismen und den chemischen Bedingungen im Sediment berücksichtigt werden.
Für weitere Informationen steht Prof. Dr. Emil Ruff von der Universität Bremen zur Verfügung.
