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Polarforschung: Blutspur des Lebens

Fast gänzlich abgeschnitten von der Außenwelt harrt eine mikrobiologische Lebensgemeinschaft unter dem Eispanzer eines antarktischen Gletschers aus. Ohne Licht und Sauerstoff beruht ihre Existenz allein auf Schwefel und Eisen.
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Monatelange Finsternis, eisige Kälte, stürmische Winde – es gibt sicherlich angenehmere Orte als die Trockentäler der Ostantarktis. Doch genau zu diesem unwirtlichen Zipfel der Erde zieht es Jill Mikucki immer wieder hin. Denn die Geomikrobiologin, die am Dartmouth College im amerikanischen Hanover forscht, interessiert sich für Lebensgemeinschaften, die zu den Extremisten zählen. Damit erweist sich die Antarktis als Eldorado für sie und ihresgleichen.

Ein besonderes Augenmerk haben die Wissenschaftler hier auf einen Gletscher gerichtet, den der australische Geograf Griffith Taylor (1880-1963) bereits 1911 – also in den Gründerjahren der Antarktisforschung – entdeckt hatte. Der Taylor-Gletscher mündet in den Lake Bonney – und zwar auf ziemlich markante Weise: Aus seiner Zunge ergießt sich von Zeit zu Zeit ein blutroter Wasserfall, der treffenderweise "Blood Falls" genannt wird. Seit den 1960er Jahren ist die Ursache dieser ungewöhnlichen Farbe bekannt: Eisen.

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Blood Falls | Blutrot erscheint das Schmelzwasser der Blood Falls, das aus dem Taylor-Gletscher in der Ostantarktis sickert. Ursache der roten Farbe ist der hohe Gehalt an Eisen.
Aus Radaraufnahmen wissen die Forscher schon länger, dass die Blood Falls von einem Wasserreservoir unterhalb des schätzungsweise 400 Meter dicken Eispanzer gespeist werden – ein unterirdischer See, der vor rund zwei Millionen Jahren von Eis begraben wurde. Absolute Dunkelheit, Temperaturen von minus fünf Grad Celsius und ein extrem hoher Salzgehalt – deshalb bleibt das Wasser unterhalb des Gefrierpunktes flüssig – klingen nicht gerade einladend. Dennoch vermuten die Forscher hier schon lange einen abgeschlossenen Lebensraum. Allerdings ließ sich sein Geheimnis nur schwer entlocken, da die Blood Falls äußerst selten Wasser aus dem unterirdischen See spenden.

Nach Jahren gelang es endlich Mikucki und ihren Kollegen aus den USA und Großbritannien, eine Wasserprobe aus dem Verborgenen zu analysieren. Und prompt erlebten sie eine Überraschung. "Es gab keinen Sauerstoff", erinnert sich die Antarktisforscherin. "Jetzt wurde es richtig interessant."

Die Analysen offenbarten organischen Kohlenstoff sowie hohe Konzentrationen an Eisen und Schwefelverbindungen. Spuren von Nukleinsäuren bewiesen, dass hier tatsächlich Leben zu Hause ist. Worauf beruht diese unterirdische Existenz?

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Lebensgemeinschaft des Taylor-Gletschers | Unter dem Eis des Taylor-Gletschers liegt ein See, der von Zeit zu Zeit Wasser über die Blood Falls in den Lake Bonney ablässt. Die Bedingungen des abgeschossenen Wasserreservoirs unterhalb des Gletschers sind extrem: Kein Licht, kein Sauerstoff, hoher Salzgehalt, hohe Konzentrationen an Chlorid, Sulfat und reduziertem Eisen sowie sehr niedrige Temperaturen. Hier lebt eine artenarme Bakteriengemeinschaft, die ohne Fotosynthese existiert und organischen oder anorganischen Kohlenstoff über einen gekoppelten Eisen-Schwefel-Kohlenstoff-Zyklus nutzt.
Aus Isotopenanalysen konnten die Forscher ein Modell aufstellen, wie die einzelnen chemischen Komponenten über bakterielle Stoffwechselwege miteinander verknüpft sind. Eine Grundlage der Gemeinschaft scheint demnach der hohe Gehalt an Sulfat (SO42-) zu sein. Diese Substanz wird hier jedoch nicht – wie bei etlichen, ohne Sauerstoff lebenden Bakterien üblich – zu Schwefelwasserstoff abgebaut, denn davon fanden die Forscher keine Spur. Stattdessen konnten sie Sulfit (SO32-) sowie das Enzym Adenosin-5'-Phosphosulfat-Reduktase nachweisen, mit dem Mikroorganismen Sulfat zu Sulfit reduzieren und als organische Schwefelverbindungen in ihren Stoffwechsel einschleusen.

Dieser interne Schwefelkreislauf scheint, so vermuten die Forscher, an das reichhaltige Eisen gekoppelt zu sein, das der Gletscher aus dem Felsboden schabt. Demnach oxidieren die Bakterien organisches Material und übertragen die hierbei anfallenden Elektronen auf dreiwertiges Eisen (Fe(III)), das zur zweiwertigen Form Fe(II) reduziert wird: Mit anderen Worten: Eisen übernimmt hier die Rolle von Sauerstoff – ein Vorgang, den Mikrobiologen als "anaerobe Atmung" kennen.

Demnach scheint sich unter dem Eis ein Ökosystem etabliert zu haben, das – unabhängig von den Lebensgemeinschaften der Erde – sein Dasein auf Eisen und Schwefel begründet.
"Ich kenne keinen vergleichbaren Ort auf der Erde"
(Jill Mikucki)
"Es war wie die Entdeckung eines Waldes, den niemand seit 1,5 Millionen Jahren gesehen hat", beschreibt die beteiligte Geowissenschaftlerin Ann Pearson von der Harvard University ihre Verblüffung. "Ich kenne auf der Erde keinen Ort, der mit diesen Umweltbedingungen vergleichbar wäre", ergänzt Mikucki.

Doch was jetzt für unseren Planeten eher exotisch erscheint, könnte einst gang und gäbe gewesen sein. Denn gegen Ende des Proterozoikums vor etwa 600 Millionen Jahren soll die Erde gänzlich vereist gewesen sein. Und auf diesem "Schneeball" könnten Mikrobengemeinschaften wie die des Taylor-Gletschers ein Refugium gefunden haben, vermutet Mikucki: "Dieser Salzsee ist eine einzigartige Zeitkapsel der Erdgeschichte."
16. Woche 2009

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 16. Woche 2009

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