Produktion von großen Mengen an Biomasse im stockdunklen Grundwasser mit Gestein als Energiequelle

Anders als Jules Verne in seinem Buch „Reise zum Mittelpunkt der Erde“ (1864) muss man sich den Untergrund nahe der Erdoberfläche als dicht gepacktes poröses Gestein vorstellen, das von Grundwasser durchtränkt ist. Quelle: <a href="https://commons.wikimedia.org/"target="_blank">Wikimedia Commons</a>, <a href=" https://en.wikipedia.org/wiki/Creative_Commons_license"target="_blank">Creative Commons License</a>

Manche Mikroorganismen sind auch ohne Sonnenlicht aktiv

Die Meere und genauso Landlebensräume an der Oberfläche der Kontinente gelten als die Ökosysteme mit der mit Abstand höchsten Biomasse-Produktion. Für die dabei notwendige Umwandung von anorganischen in organische Kohlenstoffverbindungen nutzen Algen und Pflanzen die Photosynthese. Da aber das Sonnenlicht nicht in den Untergrund vordringt, ist dort Primärproduktion kaum zu erwarten.

Analysen von Mikroorganismen im Grundwasser haben gezeigt, dass auch dort die Kleinstlebewesen zur Primärproduktion fähig sind. In Ermangelung von Licht müssen sie die Energie aus der Oxidation anorganischer Verbindungen gewinnen, etwa aus reduziertem Schwefel des umgebenden Gesteins.

Forscher unter Leitung der Universität Jena und des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) haben nun auch gezeigt, wie groß diese Vorgänge mengenmäßig sind. Das Ergebnis: „Die von uns gemessenen Mengen waren viel höher als wir erwartet hatten”, sagt der Erstautor der Studie Dr. Will Overholt, Postdoc an der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Sie entsprechen Raten, wie man sie aus nährstoffarmen Zonen in oberflächennahem Wasser kennt und sind bis zu sechsmal höher als in den unteren Zonen des sonnenbeschienenen offenen Ozeans, wo gerade noch genug Licht für die Photosynthese vorhanden ist.

Die Forscher führten ihre Messungen in einem unterirdischen Grundwasserleiter in 5 bis 90 m Tiefe durch. Sie verwendeten eine hochempfindliche Methode mit radioaktivem Kohlenstoff.

Was den Blick auf die Mikororganismen als solche betrifft, deuten metagenomische Analysen auf Arten hin, die zu einer noch nicht klassifizierten Ordnung der Nitrospiria gehören: „Es wird angenommen, dass diese Organismen als Nahrung die Lebensgrundlage für das gesamte Grundwasserökosystem mit all seinen Tausenden von Mikrobenarten bilden, ähnlich der Rolle, die Algen in den Ozeanen oder Pflanzen an Land spielen”, so Overholt.

Die Erkenntnisee werfen nicht nur ein neues Licht auf die Lebensräume auf der Erde. „Unsere Ergebnisse bieten neue Einblicke in die Funktionsweise der unterirdischen Ökosysteme und geben Hinweise darauf, wie Grundwasserquellen überwacht oder saniert werden können”, sagt Kirsten Küsel, Professorin an der Universität Jena und am iDiv.

Overholt, W. A., Trumbore, S., Xu, X., Bornemann, T. L. V, Probst, A. J., Krüger, M., Herrmann, M., Thamdrup, B., Bristow, L., Taubert, M., Schwab, V. F., Hölzer, M., Marz, M. & Küsel, K.: Carbon fixation rates in groundwater similar to those in oligotrophic marine systems. Nature Geoscience. DOI: 10.1038/s41561-022-00968-5

Quelle: Universität Jena

(02.08.2022)