Eine aktuelle Studie im Fachmagazin Communications Earth & Environment untersucht die Rolle von Mikroben im Kohlenstoffkreislauf mariner Ökosysteme. Forschende des Exzellenzclusters „Der Ozeanboden – Unerforschte Schnittstelle der Erde“ betrachten Kohlenstoff, der aus heißen Quellen am Ozeanboden stammt. Diese Quelle des Kohlenstoffs ist nicht nur geologisch interessant, sondern auch von großer ökologischer Bedeutung. Der Kohlenstoff stammt aus dem Erdinneren und ist viele Millionen Jahre alt, wobei er durch geologische Prozesse in aktiven Zonen von Erdplatten freigesetzt wird.
Trotz dieser Erkenntnisse besteht noch Unklarheit über den Verbleib des Kohlenstoffs einmal er in das Meer eingetreten ist. Die Studie fokussiert sich auf ein Hydrothermalsystem in nur 10 Metern Wassertiefe vor der taiwanesischen Insel Kueishantao. Das Ziel ist, den Weg des Kohlenstoffs mithilfe von Meerwasser, Mikroorganismen und höheren Lebewesen nachzuvollziehen.
Die Rolle von Radiokohlenstoff
Ein zentrales Element der Untersuchung ist der Radiokohlenstoff (14C), der durch kosmische Strahlung entsteht und über Kohlendioxid in den Kohlenstoffkreislauf eingeht. Alter Kohlenstoff aus dem Erdinneren trägt zur Kennzeichnung bei, da er „14C-tot“ ist und eine andere Signatur als moderner Kohlenstoff besitzt. Die Studie zeigt, dass dieser alte Kohlenstoff bis zu 30% der Biomasse von Bakterien im Hydrothermalsystem ausmacht. Krebse, die sich von diesen Bakterien ernähren, weisen ebenfalls Anzeichen alten Kohlenstoffs auf.
Diese Kombination aus bakteriellen Markern und der Analyse von Radiokohlenstoff bietet neue Einsichten in die Kohlenstoffaufnahme. Besonders interessant ist die Unterscheidung zwischen Chemosynthese und Photosynthese, die beide im Kohlenstofftransfer eine Rolle spielen. Überraschenderweise zeigt die Studie, dass auch photosynthesebetreibende Organismen Kohlenstoff aus den Hydrothermalsystemen aufnehmen, während nur ein kleiner Anteil des freigesetzten Kohlenstoffs im lokalen Ökosystem verbleibt. Der Großteil wird in die Atmosphäre verteilt.
Internationale Zusammenarbeit und Forschungsschwerpunkte
Die Forschung verdeutlicht die Bedeutung internationaler Kooperationen, insbesondere zwischen Taiwan und Bremen. Der Exzellenzcluster, der das Projekt finanziert, hat das Ziel, ein vertieftes Verständnis der Ozeanboden-Ökosysteme und der zentralen Stoffkreisläufe, wie dem Kohlenstoffkreislauf, zu erlangen. Neben den genannten Aspekten umfasst die Forschung auch die Rolle von Mikroorganismen, die den biogeochemischen Austauschprozess zwischen Oberflächenozean, Atmosphäre und Tiefsee steuern, wie GEOMAR berichtet.
Marine Mikroorganismen sind entscheidend für die Etablierung biologischer Kohlenstoffpumpen, die einen wesentlichen Beitrag zur Minderung der CO2-Konzentration in der Atmosphäre leisten. Schätzungen zufolge variieren die globalen Jahrstätten dieser biologischen Kohlenstoffpumpen zwischen 5 und 20 GtC pro Jahr. Innovative Technologien kommen zum Einsatz, um den mikrobiellen Kreislauf von gelösten und partikulären organischen Stoffen besser zu verstehen.