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Tiefseebergbau verändert die Mikrobenwelt am Meeresgrund
Metallabbau in der Tiefsee wirbelt Sediment auf, doch seine unmittelbaren Folgen für Mikroorganismen sind bislang wenig untersucht. Bei einem Abbauversuch im Südchinesischen Meer veränderten sich bereits während der Arbeiten die Häufigkeiten wichtiger Stoffwechselgene in Gestein und bodennahem Wasser. Das deutet darauf hin, dass der Eingriff auch Prozesse im Stickstoff- und Schwefelhaushalt beeinflussen könnte.
Sanya (China). Tiefseemikroben sind für den Stoffhaushalt der Ozeane wichtig. Bakterien und Archaeen verarbeiten unter anderem Stickstoff- und Schwefelverbindungen und stellen so Nährstoffe um, die anderen Organismen zugutekommen können. Wie empfindlich diese Funktionen auf industrielle Eingriffe am Meeresgrund reagieren, ist allerdings noch wenig bekannt.
Beim Abbau von Manganknollen und metallreichen Krusten werden feste Ablagerungen entfernt und große Mengen an Partikeln aufgewirbelt. Dass solche Störungen lange nachwirken können, zeigen ältere Untersuchungen zu Tiefseemikroben. Sie erfassten jedoch vor allem Veränderungen lange nach einem Eingriff und nicht die Reaktion während eines laufenden Abbauversuchs.
Forscher am Institute of Deep-sea Science and Engineering (IDSSE) um Hongmei Jing haben nun Proben aus dem Südchinesischen Meer untersucht. Das Team verglich Mikroben und ihre Stoffwechselgene unmittelbar vor und während eines Testabbaus von kobaltreichen Eisen-Mangan-Krusten. Ziel war es, frühe Veränderungen in zwei verschiedenen Lebensräumen der Mikroben zu erfassen.
Im September 2020 setzte das Team in rund 1.300 Metern Wassertiefe ein kettengetriebenes Abbaugerät ein. Es löste mineralreiches Gestein vom Meeresboden, zerkleinerte es und beförderte das Material an die Oberfläche. Parallel entnahm ein bemanntes Tauchboot Wasserproben direkt am Grund sowie 30 und 50 Meter darüber.
Zusätzlich analysierten die Wissenschaftler Mikroben von der Oberfläche und aus tieferen Schichten der abgebauten Krusten. Dazu untersuchten sie das Erbgut in den Proben und bestimmten unter anderem die Häufigkeit von Genen, die an der Umwandlung von Stickstoff, Schwefel und Kohlenstoff beteiligt sein können. Solche Genanalysen erfassen das Stoffwechselpotenzial der Organismen, nicht unmittelbar die Geschwindigkeit der einzelnen chemischen Prozesse.
Schon die Konzentrationen gelöster Nährstoffe unterschieden sich vor und während des Abbaus. In 30 Metern Höhe über dem Meeresboden lag der Nitritgehalt während der Arbeiten um 38,38 Prozent höher und der Ammoniumgehalt um 25,37 Prozent. Auch in 50 Metern Höhe registrierten die Forscher Veränderungen, insbesondere bei Stickstoffverbindungen und gelöstem Silikat.
Auffällig waren vor allem Verschiebungen in den Genhäufigkeiten. Gene, die mit der Bindung von Luftstickstoff und der Reduktion von Nitrit zusammenhängen, waren während des Abbaus seltener vertreten. Dagegen nahmen Gene für die Denitrifikation zu, bei der Mikroben gebundene Stickstoffverbindungen in gasförmige Formen umwandeln können. Auch Gene für die Sulfatreduktion, einen weiteren Stoffwechselweg ohne Sauerstoff, waren häufiger.
Dies könnte auf veränderte chemische Bedingungen rund um die aufgewirbelten Partikel hinweisen. Eine Zunahme entsprechender Gene belegt aber weder eine tatsächlich höhere Stoffwechselrate noch unmittelbar einen Sauerstoffmangel. Ob und wie stark sich der Nährstoffumsatz insgesamt verändert hat, lässt sich aus den genetischen Daten allein nicht bestimmen.
Die Veränderungen beschränkten sich nicht auf einzelne Stoffwechselgene. Auch die Zusammensetzung der mikrobiellen Lebensgemeinschaften unterschied sich zwischen den Proben vor und während des Tests. Dabei reagierten Mikroben im Wasser anders als jene auf den Gesteinskrusten, was die unterschiedlichen Lebensbedingungen beider Lebensräume widerspiegelt.