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Die Tiefseemikroben leben von einem Partikelregen der Oberflächengewässer © APA (AFP)
Die Tiefseemikroben leben von einem Partikelregen der Oberflächengewässer © APA (AFP)

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Mikroben mit unterschiedlichem Lebensstil teilen sich Tiefsee-Energie

17.02.2020

Im Oberflächenwasser gewinnen Algen aus Sonnenstrahlung Energie - in der finsteren Tiefsee kitzeln Mikroben sie aus Stickstoffverbindungen heraus. Dort gedeihen produktive einzellige Lebewesen, sogenannte Crenarchaeen, die aber oft gefressen und von Viren dezimiert werden, und ineffizienter arbeitende Bakterien, die recht unbehelligt bleiben, berichtete ein Wiener Forscher im Fachjournal "PNAS".

Die Tiefseemikroben leben vorwiegend von einem Partikelregen, der von Kotballen des tierischen Planktons der Oberflächengewässer stammt, so Gerhard Herndl vom Department für Funktionelle und Evolutionäre Ökologie der Universität Wien. Energieträger sind darin vor allem Eiweißstoffe, die zunächst in Ammonium umgewandelt werden. Crenarchaeen verarbeiten (oxidieren) dieses Ammonium energiebringend zu Nitrit. Bakterien verwerten ihr ausgeschiedenes Nitrit wiederum zu Nitrat und können dadurch ebenfalls Energie lukrieren. Beide Organismenarten nutzen die gewonnene Energie, um CO2 zu binden und daraus für ihr Wachstum nötige organische Kohlenstoffverbindungen herzustellen.

Es gibt in den tiefen Gewässern aber sehr viel mehr Ammonium fressende Crenarchaeen als Bakterien, die Nitrit konsumieren. Trotzdem konnten Wissenschafter dort keine nennenswerten Mengen an Nitrit messen, das sich als Endprodukt der vielen Crenarchaeen ansammeln sollte, wenn nicht genügend Bakterien da sind, um es abbauen. Es wurde daher vielfach spekuliert, dass es zusätzliche, unbekannte Mikroben gibt, die sich daran gütlich tun. Das Phänomen ist aber weniger spektakulär zu erklären, wie Herndl mit Kollegen aus China und den USA herausfand.

Crenarchaeen vielfach effizienter als bisher gedacht

Die Forscher haben von beiden Organismengruppen die Stickstoff-Umsatzraten vom Oberflächenwasser bis in die Tiefsee bestimmt, sagte Herndl im Gespräch mit der APA. Sie haben die Aktivitäten der Nitrit-oxidierenden Bakterien im Labor bestimmt und mit Computermodellen die Interaktionen der beiden Mikrobengruppen simuliert.

Dabei entdeckten sie, dass die Ammonium-verwertenden Crenarchaeen drei bis vier Mal effizienter bei der Energiegewinnung sind. Sie wachsen daher besser, vermehren sich stärker, und leben in größerer Zahl in der Tiefsee. Dafür werden sie vermehrt von Fressfeinden verzehrt und von Viren sekkiert. "Sie haben also sehr hohe Verlustraten", so Herndl. Die Nitrit konsumierenden Bakterien müssen für die gleiche Menge an Energie fünf Mal mehr Stickstoff-Verbindungen "tanken". Ihr hoher Verbrauch vom Energieträger Nitrit gleicht demnach ihre geringere Anzahl aus.

Gemeinsam aber mit sehr verschiedenen Strategien schaffen es die Crenarchaeen und Bakterien es demnach, Ammonium und Nitrit so stark auszubeuten, dass quasi nichts davon in der Tiefsee übrig bleibt. "Diese beiden Organismengruppen interagieren sehr gut miteinander, obwohl sie einen ganz unterschiedlichen Lebensstil haben", meint Herndl.

Service: www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1912367117

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