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Hinweise auf mikrobielle Organismen im Erdmantel unterhalb des Meeresbodens

Die von Klein und seinen Kollegen untersuchte Gesteinsprobe aus dem Bremer Bohrkernlager am Marum. Foto: F. Klein, WHOI

In Gesteinen aus der Kreidezeit unter dem Meeresboden haben internationale Forscher mumifiziertes mikrobielles Leben gefunden. Die urzeitlichen Mikroben dort sind wahrscheinlich die gleichen, die heutzutage an bestimmten heißen Quellen inmitten des Atlantiks leben.

Diese Entdeckung unterstützt die seit alte Hypothese, dass die Wechselbeziehungen zwischen Erdmantelgestein und Meerwasser das Potenzial für Leben schaffen und geschaffen haben – sogar in Gesteinen unter dem Meeresboden.

Als vor über 100 Millionen Jahren der Superkontinent Pangaea auseinander driftete, bildete sich ein Graben, der später der Atlantische Ozean werden sollte. Seitdem bewegen sich die Erdplatten auseinander – die heutigen amerikanischen Kontinente auf der einen, Europa und Afrika auf der anderen Seite. In ihrer Mitte liegt der mittelatlantische Rücken, ein mehr als 15.000 km langer, untermeerischer Gebirgszug, der sich von Nord nach Süd durch den Atlantik zieht.

Dort wird stetig neuer Meeresboden gebildet; der älteste Meeresboden findet sich folglich an den Rändern des Ozeans. Diesen urzeitlichen Meeresboden hat sich ein Team von Wissenschaftlern der Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), USA, der Virginia Tech University, USA, und Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen (Marum) genauer angesehen.

„Während unserer Analysen entdeckten wir Einschlüsse in den Gesteinsproben, die reich an organischem Material waren. Sie enthielten Proteine, Fette und Aminosäuren – die Bausteine des Lebens – konserviert in den sie umgebenden Mineralen“, sagt Dr. Frieder Klein, Wissenschaftler am WHOI und Erstautor der Studie.

Schematische Darstellung von Stoffflüssen und mikrobieller Lebewelt an untermeerischen Hydrothermalquellen. Illustration von Jack Cook, Woods Hole Oceanographic Institution; eingefügte paläogeographische Rekonstruktion von Ron Blakey, Colorado Plateau Geosystems; Beschriftung wurde ins Deutsche übersetzt.

Diese Überreste stammen von Mikroorganismen, die sich vor 150 bis 100 Millionen Jahren genau dort entwickelten, wo sich der Graben zwischen den Kontinenten auftat. Durch die Bewegung der Erdplatten wurde Mantelgestein aus dem Erdinneren nach oben zum Meeresboden gezogen und kamen in Kontakt mit dem Meerwasser. Die dabei ablaufenden chemischen Reaktionen verwandelten das Meerwasser in sogenannte hydrothermale Fluide, heiße wasserstoffreiche, wässrige Lösungen.

„Die hydrothermalen Fluide hatten wahrscheinlich einen hohen pH-Wert und enthielten Wasserstoff und Methan“, so Klein. „Mischt man diese im richtigen Verhältnis mit dem gelösten Kohlenstoff und anderen Substanzen aus dem Meerwasser, erhält man alle Zutaten, die Mikroben zum Leben brauchen.“

Bei seinen ersten Analysen fand Klein Aminosäuren, Proteine und Fette in den Gesteinsproben. Sie lieferten jedoch nicht genügend detaillierte Informationen, um die Biomoleküle mit denen anderer Mikroorganismen aus verschiedenen Ökosystemen vergleichen zu können. Daher holte sich Klein Verstärkung von der Universität Bremen, wo er 2009 seine Doktorarbeit verfasst hatte.

Marum-Wissenschaftlerin Dr. Florence Schubotz ist Expertin für die Analyse von Lipiden, chemischen Verbindungen wie etwa Fetten. „Ich habe die Millionen Jahre alten Gesteine auf das Vorkommen von speziellen Kohlenwasserstoffen untersucht, welche Überreste von mikrobiellen Membranlipiden darstellen“, erklärt die Geochemikerin. „Erstaunlicherweise ähneln sie einer ganz speziellen Gruppe, die im Hydrothermalfeld „Lost City“ vorkommt.“

„Lost City“ ist ein aus etwa 30 Schloten bestehendes Hydrothermalfeld, das im Jahr 2000 im Atlantis-Massiv, Teil des mittelatlantischen Rückens, entdeckt wurde. Wissenschaftler nehmen an, dass es sich hierbei um das moderne Gegenstück zu den heißen Quellen der frühen Erdgeschichte handelt, an denen sich Leben entwickelt haben könnte. Die von Klein und seinem Team gefundenen Biomoleküle könnten ein wichtiger Schlüssel sein, um die Bedingungen zu verstehen, unter denen Leben in Gesteinen tief unter dem Meeresboden möglich ist.

Fluid mixing and the deep biosphere of a fossil Lost City-type hydrothermal system at the Iberia Margin. Frieder Klein, Susan E. Humphris, Weifu Guo, Florence Schubotz, Esther M. Schwarzenbach und William D. Orsi. Veröffentlicht in: Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), doi:10.1073/pnas.1504674112

Marum

Quelle: Marum

(24.09.2015)