Eigentlich sind es die winzigen Einzeller, die Berge versetzen

Überall geht das Wechselspiel zwischen Mineralen und Mikroben vor sich.

Chinesische Wissenschaftler umreißen, wie die Menschheit sich die Interaktion von Mineralen und Mikroben zu nutze machen könnte

Minerale sind die grundlegenden Bestandteile der Erde, Mikroben machen den größten Teil des Lebens aus. Die Erforschung der Wechselwirkungen hat in den letzten 2 Jahrzehnten einen großen Aufschwung erlebt, da solche Interdependenzen wichtige geologische Ereignisse beeinflussen und die Bewohnbarkeit der Erde wesentlich bestimmen. Ein Team unter der Leitung von Dr. Hailiang Dong von der Chinesischen Universität für Geowissenschaften (Peking) schlägt Forschungsthemen für diesen Bereich vor.

Veröffentlicht wurde die Studie im National Science Review der Oxford University Press unter der Schirmherrschaft der Chinesischen Akademie der Wissenschaften

Minerale und Mikroben interagieren über alle räumlichen und zeitlichen Skalen hinweg. Während viele Minerale Schutz bieten sowie Nährstoffe und Energie liefern und so das Wachstum und den Stoffwechsel von Mikroben unterstützen, können andere biotoxische Substanzen freisetzen und reaktive Sauerstoffspezies (ROS) produzieren, die Mikroorganismen einschränken oder sogar töten.

Im Gegenzug lösen andere Mikroben aktiv Mineralien auf, fällen sie aus und wandeln sie durch ihren Stoffwechsel um, was zu speziellen Biosignaturen in geologischen Aufzeichnungen führen kann.

Die Wechselwirkungen haben zahlreiche biotechnologische Anwendungen, darunter die Biolaugung von Edelmetallen und die Herstellung von Düngern, die Sanierung von Schwermetallen und organischen Schadstoffen, die Biosynthese neuartiger Materialien oder die CO2-Sequestrierung.

Ein Bakterium haftet an einer Molybdänit (MoS2)-Oberfläche, um die Spurenelemente aus der Mineralstruktur für seine Zellsynthese aufzunehmen. Quelle: Science China Press

Die Autoren umreißen Fragen für die künftige Forschung:

* Erstens wird die Rolle von Mineralen bei der Unterstützung der mikrobiellen Ökologie derzeit nur qualitativ untersucht. Herkömmliche Kulturmedien berücksichtigen Minerale nicht als wichtige Nährstoffe und Energielieferanten, was einer der Gründe für die geringe Erfolgsquote bei der Gewinnung von Reinkulturen sein könnte. Mit Nährmedien auf Mineralbasis sollten mehr mikrobielle Ressourcen gewonnen werden.

* Zweitens ist es schwierig, biogene von abiogenen Mineralen zu unterscheiden. Eine Zusammenstellung von Stoffen, die morphologische, strukturelle/texturelle und geochemische Anhaltspunkte kombiniert, ist aussagekräftiger für die Suche nach biologischen Fußabdrücken in geologischen Aufzeichnungen oder auf anderen Planeten.

* Drittens ist es unerlässlich, mechanistische Untersuchungen im Labor mit Feldbeobachtungen zu verbinden. Durch einen iterativen Ansatz können die Wechselwirkungen zwischen Mineralien und Mikroben über die Zeit ermittelt werden.

* Viertens könnte die Menschheit die Wechselwirkungen für ihre Zwecke nutzen, zum Beispiel bei der CO2-Sequestrierung zur Abschwächung der globalen Erwärmung, der Rückgewinnung von Ressourcen, dem Umweltschutz und der Herstellung neuartiger Materialien.

A critical review of mineral-microbe interaction and coevolution: mechanisms and applications

Mikroben/Minerale-Schnittstelle (MMI)

Ein spezielles Thema in diesem Bereich ist das Mikrobe/Mineral Interface (MMI). Die Sektion Earth Sciences Geobiology der USC untersucht, wie sich Mikroben anheften und wie und wann sie die Mineralien verändern. Die für diese Studien verwendeten Werkzeuge umfassen Molekularbiologie, mikrobielle Physiologie, Geochemie, Elektrochemie und verschiedene Arten von Bildgebung.
https://dornsife.usc.edu/earth/microbe-interactions

Der British Geological Survey hat eine Studie zu der Rolle der Mineralien-Mikroben-Interaktion bei der Konzentration und Fraktionierung von Seltenerdelementen (MM-FREE) veröffentlicht
https://www.data.gov.uk/dataset/e667c7d6-e363-4620-a6dc-7fc7168adcd6/mineral-microbe-interaction-role-in-concentration-and-fractionation-of-rare-earth-elements-mm-free-nerc-grant-ne-l002361-1

(22.09.2022)