9000 Fuß tief

Jul 14, 2023

Von der Universität Tokio, 30. August 2023

In hydrothermalen Tiefseequellen wurden magnetotaktische Bakterien entdeckt, die dafür bekannt sind, sich an das Erdmagnetfeld anzupassen. Sie erweitern ihre bekannten Lebensräume und bieten neue Einblicke in die Erdgeschichte und die Suche nach außerirdischem Leben. Die Existenz dieser Bakterien unter extremen Bedingungen erhöht die Möglichkeit, sie in ähnlichen Umgebungen auf anderen Himmelskörpern wie dem Mars zu finden. (Künstlerkonzept)

In einem neuen Lebensraum wurden Bakterien gefunden, die sich am Erdmagnetfeld ausrichten können. Diese magnetotaktischen Bakterien, die zuvor an Land und in flachen Gewässern entdeckt wurden, gedeihen nun nachweislich auch in den Tiefen einer hydrothermalen Quelle. Trotz der schwierigen Bedingungen konnten sich die Bakterien anpassen und in einer Umgebung überleben, die nicht ideal für ihre typischen Bedürfnisse war.

Magnetotactic bacteria are of interest not only for the role they play in Earth’s ecosystem but also in the search for extraterrestrial life. Evidence of their existence can remain in rocks for billions of years. Their magnetic inclinations can also provide a record of how magnetic poles have shifted over time. This new discovery brings hope to researchers that the magnetic bacteria might be found in yet more unexpected locations, on Earth and perhaps even on MarsMars is the second smallest planet in our solar system and the fourth planet from the sun. It is a dusty, cold, desert world with a very thin atmosphere. Iron oxide is prevalent in Mars' surface resulting in its reddish color and its nickname "The Red Planet." Mars' name comes from the Roman god of war." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Mars oder darüber hinaus.

Magnetotaktische Bakterien scheinen Superkräfte zu haben. Ähnlich wie die Marvel-Comic-Figur Magneto können sie das Erdmagnetfeld „spüren“. Diese winzigen Organismen enthalten Magnetosomen, in eine Membran eingewickelte Eisenkristalle, die sich so anordnen, dass sie sich am Erdmagnetfeld ausrichten und die Bakterien wie ein Kompass ausrichten.

Metallsulfid-Kamine bilden sich im Allgemeinen in konzentrischen Kreisen mit kupfer- und eisenreichen Sulfidmineralien im Inneren und eisen- oder zinkreichen Sulfidmineralien an der Außenseite. Der beprobte Schornstein war 100 Zentimeter hoch, es wurden jedoch einige gefunden, die 18 Stockwerke hoch waren. Bildnachweis: 2012, Yohey Suzuki

Dadurch bewegen sich die Bakterien in Richtung der Erdmagnetfeldlinien, die nach Norden oder Süden führen, wie Züge auf einer Magnetschiene. Als Teil ihres Lebenszyklus spielen sie eine wichtige Rolle im biogeochemischen Kreislauf von Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor und anderen Schlüsselelementen in der Natur. Sie wurden an Land und im flachen Wasser gut untersucht, jedoch selten im tiefen Wasser, wo das Sammeln eine Herausforderung darstellen kann.

Im September 2012 begab sich ein Team, dem auch Forscher der Universität Tokio angehörten, auf eine wissenschaftliche Ozeankreuzfahrt zum südlichen Marianentrog im westlichen Pazifik. Mit einem ferngesteuerten Unterwasserfahrzeug namens HYPER-DOLPHIN sammelten sie einen „Schornstein“ aus einem hydrothermischen Entlüftungsfeld in 2.787 Metern Höhe (fast 4,5-mal so hoch wie der Tokyo Skytree oder mehr als sechsmal so hoch wie das Empire State Building in New York) unter Wasser .

Hydrothermal vents are formed when seawater percolates down underground, eventually becoming superheated — up to 400 degrees CelsiusThe Celsius scale, also known as the centigrade scale, is a temperature scale named after the Swedish astronomer Anders Celsius. In the Celsius scale, 0 °C is the freezing point of water and 100 °C is the boiling point of water at 1 atm pressure." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> Celsius – durch Magma, das es wieder zum Sieden bringt. Das ausbrechende Wasser lagert Mineralien und Metalle im Ozean ab, die sich zu Schloten aufschichten und so einen warmen, reichhaltigen Lebensraum für viele einzigartige Lebensformen bieten.

Wie ein Kompass richten sich die eisenhaltigen Magnetosomen der Bakterien nach den Magnetpolen der Erde aus und zwingen sie, sich je nach der Hemisphäre, in der sie leben, in Nord- oder Südrichtung zu bewegen. Bildnachweis: 2017, Toshitsugu Yamazaki

„Wir haben magnetotaktische Bakterien entdeckt, die auf dem Schornstein leben, was wir nicht erwartet hatten. Aufgrund der Form des Schornsteins fehlt ihm ein klarer, vertikaler chemischer Gradient, den diese Bakterien typischerweise bevorzugen“, erklärte Associate Professor Yohey Suzuki von der Graduate School of Science der Universität Tokio. „Die von uns gesammelten Bakterien enthielten hauptsächlich „kugelförmige“ Magnetosomen, die wir als „primitive“ Form betrachten und daraus schließen, dass sie sich über viele Jahrtausende hinweg kaum verändert haben. Tatsächlich ähnelt die Umgebung, in der wir sie fanden, der frühen Erde vor etwa 3,5 Milliarden Jahren, als schätzungsweise der Vorfahr der magnetotaktischen Bakterien aufgetaucht ist.“

Mithilfe eines Magneten wurden Bakterien vom Rand des Schornsteins gesammelt. Anschließend untersuchte das Team die genetischen Daten und stellte fest, dass sie mit den Bakterien Nitrospinae verwandt waren, von denen bekannt ist, dass sie eine wichtige Rolle bei der Kohlenstofffixierung in Tiefseeumgebungen spielen, von denen jedoch nicht bekannt war, dass sie magnetotaktische Gruppen enthalten.

„Hydrothermale Quellen in der Tiefsee ziehen nicht nur als Geburtsort einzigartiger Unterwasserlebewesen Aufmerksamkeit auf sich, sondern auch als potenzieller analoger Lebensraum für außerirdisches Leben“, sagte Suzuki. „Die Umgebung, in der wir die Bakterien beprobt haben, ähnelt unserer Meinung nach der des Mars, als es vor etwa drei Milliarden Jahren noch fließendes Wasser auf seiner Oberfläche gab.“

Versteinerte Überreste der magnetischen Partikel in magnetotaktischen Bakterien (sogenannte Magnetofossilien) können über Milliarden von Jahren im Gestein konserviert werden. Diese Magnetofossilien können Forschern helfen, die antike geomagnetische Geschichte zu verstehen, und sind gute Kandidaten für die Suche nach außerirdischem Leben.

Im Jahr 1996 sorgte der etwa 3,6 Milliarden Jahre alte Marsmeteorit Allan Hills 84001 weltweit für Aufsehen, als er scheinbar Eisenkristallfossilien von bakterienähnlichem Leben enthielt. Die Behauptung ist inzwischen weitgehend umstritten, aber Suzuki hat immer noch Hoffnung auf zukünftige Entdeckungen: „Magnetotaktische Bakterien liefern Hinweise auf die frühe Diversifizierung von Bakterien und wir hoffen, dass sie jenseits der Erde gefunden werden, vielleicht auf dem Mars oder eisigen Monden.“ Vorerst werden wir weiterhin nach weiteren Beweisen für sie in verschiedenen Gesteinsarten und -altern auf der Erde suchen, von denen man bisher nicht annahm, dass sie dort leben.“

Referenz: „Bullet-förmige Magnetosomen und metagenomisch basierte Magnetosomen-Genprofile in einem hydrothermischen Tiefsee-Entlüftungschornstein“ von Shinsaku Nakano, Hitoshi Furutani, Shingo Kato, Mariko Kouduka, Toshitsugu Yamazaki und Yohey Suzuki, 27. Juni 2023, Frontiers in Microbiology. DOI: 10.3389/fmicb.2023.1174899

Diese Forschung wurde durch das TAIGA-Projekt unterstützt, ein Zuschuss für wissenschaftliche Forschung in innovativen Bereichen (#201090060) vom japanischen Ministerium für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technologie (MEXT), einen Zuschuss für Wissenschaftliche Forschung (B) (Nr. 19H0330100 von MEXT und JSPS KAKENHI (Fördernummern: 25287137 und 16K13896)