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Marine Mikrobiologie: Methanfresser der Tiefsee

Statt Lava speit der Tiefseevulkan Haakon-Mosby Schlamm und Methan - ein gefundenes Fressen für Mikroorganismen, die auch in der eiskalten Arktis vom Treibhausgas leben. Doch dieser natürliche Gasfilter arbeitet nicht sehr effektiv.
Haakon-Mosby
Im Jahr 1990 machten Meeresforscher in der arktischen Barentssee eine interessante Entdeckung. In einer Wassertiefe von 1250 Metern stießen sie auf einen etwa einen Quadratkilometer großen, aber äußerst flachen Schlammvulkan, der nur bis zu zehn Meter über den Meeresboden herausragt. Seine Besonderheit: Neben Wasser steigt hier aus rund zwei Kilometern Tiefe unterhalb des Meeresbodens ein Gasgemisch auf, das zu 99 Prozent aus Methan besteht.

Victor 6000 | Unterstützung bekamen Helge Niemann und Tina Lösekann von einem deutsch-französischen Forscherteam, das den Vulkan Haakon-Mosby mit Sonar- und Kamerasystemen genau kartierte. Auf zwei Expeditionen mit den Forschungsschiffen "L'Atlante" und "Polarstern" setzen die Meeresforscher hierfür den ferngesteuerten Tauchroboter "Victor 6000" ein.
Methan gilt als gefährliches Klimagas. Doch etliche Bakterien leben sehr gut von dieser Substanz und bauen sie fleißig ab. Helge Niemann und Kollegen vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen machten sich nun auf die Reise, um zu untersuchen, ob an dem inzwischen nach dem norwegischen Ozeanografen Haakon Mosby benannten Vulkan Mikroorganismen vorkommen, die in der minus ein Grad Celsius kalten Tiefsee das Gas verbrauchen.

Gemeinsam mit Mitstreitern vom französischen Forschungszentrum Ifremer konnten die Wissenschaftler an der Oberfläche des Schlammvulkans drei stark voneinander abgegrenzte, konzentrisch ringförmige Zonen unterscheiden: das Zentrum sowie ein mittlerer und ein äußerer Ring. Wie sich zeigte, leben in den Zonen vollkommen unterschiedliche Mikroben, die aber alle als Hauptnahrungsquelle Methan nutzen.

Beggiatoa-Matten | In der mittleren Zone des arktischen Schlammvulkans Haakon-Mosby bilden Schwefel oxidierende Beggiatoa-Bakterien dichte weiße Matten. Hier leben auch bisher unbekannte Methanoxidierer.
An der Oberfläche des Zentrums entdeckten die Mikrobiologen bisher unbekannte Bakterien, die das Methan mit Sauerstoff umsetzen. In den etwas tieferen Schichten der mittleren Zone aber fanden sie große Mengen einer neuen Gruppe von Archaea, die in einer Symbiose mit Bakterien das Gas mit Sulfat veratmen – ohne dafür Sauerstoff zu benötigen. Zur Verblüffung der Forscher wird der Großteil des Methans jedoch nicht im Zentrum, sondern im äußeren Ring des Vulkans veratmet. Hier steigen die gashaltigen Fluide deutlich langsamer auf.

Archaea/Bakterien-Konsortium | Archaea (grün) und Bakterien (rot) leben und arbeiten eng zusammen. Die Organismen wurden mit einer speziellen Färbetechnik (FISH) sichtbar gemacht (Maßstab: 10 Mikrometer).
Bei ihren Messungen fanden die Forscher heraus, dass die Mikroorganismen am Haakon-Mosby nur rund vierzig Prozent des austretenden Methans umsetzen. An manchen Methanquellen im Ozean wird dagegen das gesamte austretende Gas veratmet. Bisher vermuteten die Meeresforscher, dass in Gebieten mit hohem Durchfluss an Methan auch deutlich mehr Methan fressende Mikroorganismen leben.

Bei Haakon-Mosby ist offensichtlich das Gegenteil der Fall: Das meiste Gas wird in der äußersten Vulkanzone verbraucht. "Die Mikroorganismen brauchen Sauerstoff oder Sulfat aus dem Meerwasser, um Methan veratmen zu können", erklärt Niemann. "Das aus dem Boden nach oben strömende Wasser enthält aber weder Sauerstoff noch Sulfat. Weil es so schnell nach oben strömt, kann nur wenig Sauerstoff oder Sulfat aus dem Meerwasser in den Boden eindringen. Die Mikroorganismen im Zentrum und der mittleren Zone erhalten also schlicht kaum Energie zum Leben."

Röhrenwürmer | Röhrenwürmer in der äußeren Zone von Haakon-Mosby pumpen sulfatreiches Meerwasser in tiefere Bodenschichten. Dadurch erhalten die hier lebenden Mikroorganismen genügend Sulfat, um Methan zu oxidieren.
In der äußeren Zone des Vulkans sieht die Situation anders aus: Röhrenwürmer, die bis zu sechzig Zentimeter tief in den Boden wachsen, pumpen aktiv das Meerwasser und damit auch Sulfat in tiefere Bodenschichten. Die an ihren Wurzeln lebenden Organismen können dank dieser lebenden Pumpen auch dort Methan umsetzen, wo es normalerweise kaum möglich wäre. Dort fanden die Bremer Meeresbiologen auch den höchsten Methanumsatz, und es entweicht fast kein Gas ins Meer. Das zeigt nach Ansicht der Wissenschaftler, dass wirksame biologische Filter für Treibhausgase erst durch das komplexe Zusammenspiel von Lebensgemeinschaften im Meeresboden entstehen können.

Ob es solche für die weltweite Klimaforschung wichtige biologischen Filter auch bei anderen Methanquellen im Meer gibt, muss das deutsch-französische Forscherteam noch untersuchen. Neben dem arktischen Haakon-Mosby visieren sie bereits Ziele in wärmere Gefilde an: die Schlammvulkane des östlichen Mittelmeers.

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