Mikroben : Extremes Leben im Verborgenen

Tief im Gestein und in heißen Quellen finden sich Bakterien – möglicherweise entstanden dort die ersten Organismen.

Laura Wieland
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Extrem. In den bis zu 400 Grad heißen Tiefseequellen leben Mikroben. Foto: AFP

Sie leben im Inneren der Erde, inmitten kilometerdicker Gesteinsschichten oder in kochend heißen Tiefseequellen. Ohne Sonnenlicht, ohne Sauerstoff. Es klingt wie Science Fiction, ähnlich dem, was sich Jules Verne für seine Romane „Reise zum Mittelpunkt der Erde“ und „20.000 Meilen unter dem Meer“ ausdachte. Aber es gibt sie wirklich: Kolonien von Einzellern, die unter extremen Bedingungen leben.

Die Mikroben zählen zu den einfachsten Lebensformen auf dem Planeten. Bis zu 3,5 Milliarden Jahre alt sind die Arten und fühlen sich selbst in Basaltgestein oder massivem Granit zu Hause. In winzigen Spalten leben sie trotz Temperaturen von mehr als 100 Grad und bis zu 250-fachem Atmosphärendruck. Dem Menschen begegnen sie kaum, höchstens in Bergwerken oder im Gestein, das von Bohrungen zutage gefördert wird.

„Einige Forscher vermuten, dass unterhalb der Erdoberfläche zwischen 60 und 100 Prozent so viel Biomasse existiert wie darüber“, sagt Kai Mangelsdorf, Biogeochemiker am Geoforschungszentrum (GFZ) Potsdam. Immerhin leben in einem einzigen Gramm Sediment bis zu 100 Millionen dieser Mikroorganismen.

Doch wie haben sie es geschafft, sich an solch außergewöhnliche Lebensumstände anzupassen? Und wie gelangten sie überhaupt in die als „Tiefe Biosphäre“ bezeichneten Gesteinsschichten? „Um das zu erklären gibt es zwei konkurrierende Theorien“, sagt Mangelsdorf. Die erste besagt, dass sich die Mikroben in einem frühen Meer, der „Ursuppe“, entwickelten und zunächst oberflächennah lebten. Im Laufe von Jahrmillionen sind sie dann in die Tiefe gewandert: entweder indem sie mit feinen Sandkörnchen zum Meeresboden gelangten und dort einsedimentiert wurden oder indem sie mit dem Regen und Grundwasser ins Erdinnere gespült wurden. „Solche Gemeinschaften können also Nachfolger der ersten Generation von Leben an der Oberfläche sein“, sagt der GFZ-Wissenschaftler.

Die zweite Hypothese geht davon aus, dass der Ursprung des Lebens gar nicht an der Erdoberfläche war, sondern von Anfang an in großer Tiefe lag. „Für die Entwicklung primitiven Lebens sind Wärme, Kohlenstoff und Wasserstoff nötig“, sagt Mangelsdorf. „All das ist auch in der Tiefe zu finden.“ Sowohl in den als „Schwarze Raucher“ bezeichneten Thermalquellen am Meeresboden, aus denen heißes, mineralreiches Wasser austritt, als auch direkt im Gestein. Es sei denkbar, dass sich an mehreren Orten bei entsprechenden Bedingungen jeweils eine abgeschlossene Ursuppe bildete und Mikroben hervorbrachte. „Von diesen Evolutionsnestern aus gelangten die Einzeller dann nach und nach zur Erdoberfläche – zum Beispiel durch die Schwarzen Raucher“. Für diese Theorie spräche, dass es vor gut drei Milliarden Jahren noch keine Ozonschicht gab und große Mengen kosmischer Strahlung auf die Erdoberfläche prasselten: „Keine guten Voraussetzungen für die Entwicklung von Leben“, findet der Forscher. „Da waren die Bedingungen in der Tiefe vielleicht günstiger.“ Welche Theorie den tatsächlichen Ereignissen nun am nächsten kommt, kann bislang aber keiner sagen.

Auf jeden Fall unterscheidet sich das Leben in der Tiefe stark von dem an der Erdoberfläche. In Meeressedimenten entdeckten Wissenschaftler sogar Bakterien, die sich komplett ohne Sauerstoff ernähren und lediglich Propan- und Butangas zum Leben benötigen. Andere wiederum verwerten Pflanzenreste, die in den Schichten abgelagert wurden.

Die Erforschung der versteckt lebenden Mikroben könnte große Auswirkungen auf die Suche nach Leben auf anderen Planeten haben. „Falls das Leben auf der Erde tatsächlich in der Tiefe entstanden ist, könnte das auch anderswo der Fall gewesen sein“, sagt Mangelsdorf. Der Mars zum Beispiel habe im Vergleich zur Erde zwar eine lebensfeindliche Oberfläche, dafür aber weitgehend ähnliche Bedingungen im Untergrund. „Nach heutigem Wissensstand ist flüssiges Wasser eine wichtige Voraussetzung für Leben“, erklärt der Experte. Und das konnte im Untergrund des Roten Planeten bereits nachgewiesen werden. Auch das Gas Methan, das auf der Erde zu 90 Prozent von Lebewesen erzeugt wird, kommt auf dem Mars vor. Mit den verfügbaren Analysemethoden auf den Planetensonden lässt sich aber nicht feststellen, ob das Methan vom Mars biologischen oder geologischen Ursprungs ist.

Den nur ein bis fünf Tausendstel Millimeter großen Überlebenskünstlern auf die Spur zu kommen, ist auch von ökologischem und wirtschaftlichem Interesse. So können sie beispielsweise Biogas und spezielle Enzyme produzieren und auch bestimmte Substanzen umwandeln. Denkbar wäre es daher, die Bakterien unter anderem dafür zu nutzen, Öl nach einer Umweltkatastrophe abzubauen.

Aber noch wissen die Forscher viel zu wenig über das extreme Leben der Mikroben, sagt Mangelsdorf: „Es ist, als wären wir in einen dunklen Raum gegangen, hätten das Licht angemacht und sehen nun überall Dinge, die wir noch nicht verstehen.“

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