Wie das Leben in der „Tiefen Biosphäre“ trotz Temperaturen gedeiht, die Menschen braten würden

Eine wissenschaftliche Expedition im Jahr 2016 enthüllte einen unterirdischen Lebensraum, in dem Mikroben gefunden wurden, die bei Temperaturen nahe 250 Grad Fahrenheit lebten. Jetzt zeigt eine Folgestudie, wie diese bemerkenswerte mikrobielle Gemeinschaft es schafft, der Hitze zu trotzen.

Hohe Stoffwechselraten ermöglichen das Leben von Mikroorganismen, die in tief unter dem Meeresboden vergrabenen Sedimenten leben, laut neuen Forschungsergebnissen , die in Nature Communications veröffentlicht wurden. Die Studie unter der Leitung der Meeresgeomikrobiologin Tina Treude von der University of California in Los Angeles wirft ein neues Licht auf Mikroben unter der Oberfläche und zeigt, dass einige von ihnen überraschend aktiv sind und in der Lage sind, unter tiefen und heißen Bedingungen zu gedeihen.

„Wir haben immer festgestellt, dass Mikroben in der tiefen Biosphäre eine extrem träge Gemeinschaft sind, die langsam an den letzten Überresten von Millionen Jahre alter, vergrabener organischer Materie knabbert. Aber die tiefe Biosphäre steckt voller Überraschungen “, sagte Bo Barker Jørgensen, Mikrobiologe an der Universität Aarhus in Dänemark, in einer Pressemitteilung der University of California. „Das Gedeihen von Leben mit hohen Stoffwechselraten bei diesen hohen Temperaturen im Tiefseeboden nährt unsere Vorstellung davon, wie sich Leben in ähnlichen Umgebungen auf Planetenkörpern jenseits der Erde entwickeln oder überleben könnte.“

In einer E-Mail sagte Virginia Edgcomb, eine Geologin der Woods Hole Oceanographic Institution, die nicht an der neuen Studie beteiligt war, dass sie von der Forschung begeistert sei, weil sie zeige: „Wir können nicht davon ausgehen, dass mikrobielle Aktivitäten nur wegen der Tiefe unter dem Meeresboden unbedeutend sind oder extremen Temperaturen“, insbesondere wenn „ausreichende Kohlenstoff- und Energiequellen zur Verfügung stehen“.

In diesem Fall wurden die erforderlichen Kohlenstoff- und Energiequellen in der Nankai-Trog-Subduktionszone vor Japan gefunden. Vor sieben Jahren bohrte eine wissenschaftliche Expedition unter der Leitung desselben Teams 3.930 Fuß (1.200 Meter) unter dem Meeresboden und zog Meeressedimentproben und Beweise für die extremophilen Mikroben heraus. Sie taten dies, um die Temperaturgrenze der Biosphäre des tiefen Unterwasserbodens und das Ausmaß, in dem Leben in diesem extremen Lebensraum ansässig sein könnte, zu untersuchen. Unglaublicherweise fanden sie eine kleine Gemeinschaft von Mikroben, die trotz Temperaturen von 250 Grad F (120 Grad C) zu gedeihen schienen. Es war den Forschern nicht ganz klar, wie dies möglich war, was zu weiteren Studien veranlasste.

Für die neue Untersuchung führten Treude und ihre Kollegen Radiotracer-Experimente durch, um die Stoffwechselraten der Mikroben zu messen, was sie unter hochsterilen Bedingungen durchführten, um eine Kontamination zu verhindern. Das war angesichts der geringen Populationsdichte der Mikroben nicht einfach; weniger als 500 Zellen waren in jedem Kubikzentimeter Sediment vorhanden. Das Team traf auch spezielle Vorkehrungen, um sicherzustellen, dass die beobachteten Stoffwechselraten im Labor dieselben waren wie in der natürlichen Umgebung der Mikroben.

Diese Arbeit führte zur Entdeckung des schnellen Stoffwechsels der Mikroorganismen, der es den Forschern zufolge ermöglicht, solche extremen Bedingungen zu überleben . Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass die hohen Stoffwechselraten eine Notwendigkeit sind, damit die Mikroben durch Hitze beschädigte Zellen reparieren können.

„Die Energie, die benötigt wird, um thermische Schäden an Zellbestandteilen zu reparieren, steigt steil mit der Temperatur, und der größte Teil dieser Energie ist wahrscheinlich notwendig, um der kontinuierlichen Veränderung von Aminosäuren und dem Verlust der Proteinfunktion entgegenzuwirken“, sagte Treude.

Gleichzeitig haben die Mikroben reichlich Zugang zu Nährstoffen, die durch das Erhitzen organischer Materialien zugeführt werden, insbesondere Wasserstoff und Acetat aus Wasser, das durch das Meeressediment sickert.

Die neuen Beobachtungen „können für viele kontraintuitiv erscheinen, nämlich dass Zellen, die nahe an den thermischen Grenzen des Lebens an diesem Ort leben, und so tief unter dem Meeresboden, wo wir erwarten würden, dass sie kaum überleben, tatsächlich sehr aktiv sind “, sagte Edgcomb. Aber ihre hohe Aktivitätsrate hat einen sehr interessanten Grund: „Um genug Energie liefern zu können, um Schäden an thermischen Zellen zu reparieren, damit sie überleben können“, fügte sie hinzu.

In einer E-Mail sagte Jennifer Biddle, eine außerordentliche Professorin an der University of Delaware, die nicht an der Forschung beteiligt ist, dass die neue Arbeit „gut gemacht zu sein scheint“ und bereits bestehende Arbeiten „schön ergänzt“, die Veränderungen in mikrobiellen Gemeinschaften und eine Zunahme der Zellteilung zeigen Ion , wenn die Sedimenttemperaturen heißer werden. Ein Argument, das in der neuen Veröffentlichung präsentiert wird, ist, dass Zellen erst gestartet werden, wenn sie bereits begraben sind – ein Ergebnis, das mit jüngsten Forschungsergebnissen übereinstimmt , die von Biddle mitverfasst wurden und zeigen, dass „Zellen, sobald sie ihren ‚glücklichen Platz‘ im Untergrund gefunden haben, sie viel Kraft haben, um zu wachsen“, sagte sie .

Eine Einschränkung , sagte Biddle, besteht darin, dass die Forscher die mikrobielle Aktivität beschrieben , aber keine Namen angegeben oder die fraglichen Mikroben identifiziert haben. Sie sagte: „Es wäre großartig zu wissen, wer dort ist, damit wir noch besser abschätzen können, wie schnell sie sein könnten“, und fügte hinzu, dass es auch gut wäre, „einige dieser unterirdischen Linien zu kultivieren, um ihre thermischen Bereiche und ihre Art zu testen kann sich an diese Umgebung angepasst haben.“

Interessanterweise nähern sich diese Unterwassermikroben den thermischen Grenzen des Lebens, wie wir es kennen, aber einige Wissenschaftler glauben, dass Mikroben in noch heißeren Umgebungen überleben können. Klingt so, als müssten wir beim nächsten Mal etwas tiefer graben, da noch extremere Mikroben darauf warten könnten, gefunden zu werden.

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