In einer Studie, die vorab online im Fachmagazin Nature Geoscience erschien, sind Bremer Meeresforscher gemeinsam mit einem US-Kollegen einem bislang ungelösten Rätsel im Meeresboden auf die Spur gekommen. Das Team weist nach, warum Methan in manchen Schichten des Meeresbodens eine ungewöhnliche Isotopensignatur zeigt. Der jetzt entdeckte biogeochemische Vorgang könnte auch für andere Umsatzprozesses im Meer von Bedeutung sein.
Als Bremer Wissenschaftler des MARUM und des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie kürzlich Isotopengehalte von Methan aus weltweiten Meeresablagerungen eingehender untersuchten, stießen sie immer wieder auf ein seltsames Phänomen: Dort, wo Mikroorganismen mit Hilfe von Sulfat im Meeresboden Methan verbrauchen, blieb im restlichen Methan nicht wie erwartet schwerer Kohlenstoff-13 zurück, sondern leichter Kohlenstoff-12. „Dieser Befund wurde bis dato als klares Zeichen für eine biologische Methanbildung interpretiert“, erklärt Marcos Yoshinaga, Erstautor der Nature Geoscience-Studie, der bis vor kurzem am MARUM tätig war und sich aktuell an der Universität von São Paulo aufhält. „Allerdings konnten wir uns keinen biogeochemischen Prozess vorstellen, der dieses bei aktivem Methanverbrauch unterstützten könnte“, ergänzt sein Kollege Marcus Elvert vom MARUM. Als Regel galt bislang nämlich, dass beim Methanverbrauch durch Oxidation vorrangig das leichtere Isotop Kohlenstoff-12 umgesetzt wird und sich somit das schwerere Kohlenstoff-13 im zurückbleibenden Methan im Meeresboden anreichert.
Um ihre Befunde zu überprüfen stellte das Forscherteam die im Meeresboden ablaufenden Prozesse im Laborexperiment nach. „Die mikrobiologische Sammlung des Max-Planck-Instituts mit ihren weltweit einmaligen Kulturen methanoxidierender Mikroorganismen bietet die Möglichkeit, solche besonderen Lebensbedingungen genau nachzubilden“ sagt Max-Planck-Mikrobiologe Thomas Holler. Und tatsächlich: Wenn den Mikroorganismen nur sehr wenig Sulfat zur Verfügung stand, blieb in den Laborkulturen, wie auch im Meeresboden beobachtet, Methan zurück, dass mit dem leichten Isotop Kohlenstoff-12 angereichert war.
Naturgemäß wollten die Bremer Forscher auch die Frage beantworten, warum sich bei niedrigen Sulfatgehalten leichter Kohlenstoff-12 im Methan anreichert. Als Erklärung führen sie an, dass die biogeochemische Reaktion nahe am energetischen Limit für die Existenz von Leben abläuft. Unter solchen Bedingungen befinden sich alle beteiligten Stoffe bei der Reaktion nahezu im Gleichgewicht. „Aufgrund dessen landet das leichte Kohlenstoff-12 wieder im Methan“, erklärt Gunter Wegener vom Max-Planck-Institut. „Diesen Befund konnten wir mit Hilfe unserer biogeochemischen Modelle untermauern und damit ein global vorhandenes Phänomen erklären“, bestätigt Tobias Goldhammer vom MARUM.
„Unsere Studie ermöglicht neue Einblicke, wie bestimmte Archaeen, die unter großem Energiemangel tief im Meeresboden leben, ihre Stoffwechselvorgänge an diese Bedingungen anpassen. Damit liefert sie Antworten auf eine der zentralen Fragen unseres Projekts“ fügt Kai-Uwe Hinrichs hinzu, der zugleich Leiter des Projekts DARCLIFE ist, das vom Europäischen Forschungsrat ERC gefördert wird. In einem nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler klären, ob auch andere wichtige biogeochemische Prozesse im Meeresboden wie etwa die Methanbildung selbst durch solche Reaktionen beeinflusst werden.
Weitere Informationen finden Sie unter: http://www.marum.de/Raetselhaftes_Methan.html
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Albert Gerdes
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