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Extremorganismen in der Tiefsee und im Untergrund: Wie überleben diese Mikroorganismen bei Höchstdruck und hohen Temperaturen?
In den Tiefen der Erde gibt es winzige Lebewesen in extremen Umgebungen. Dieses als tiefe Biosphäre bekannte Gebiet umfasst Orte wenige Kilometer unter der Meeresoberfläche und bis zu zehn Kilometer tief auf Kontinenten, wo die Temperaturen 120 °C erreichen können und der durchschnittliche Wasserdruck das Hundertfache des Meeresspiegels übersteigen kann. In solch einer rauen Umgebung ist die Frage, wie Mikroorganismen überleben und sich vermehren, für Wissenschaftler zu einem wichtigen Untersuchungsthema geworden.
Was ist die tiefe Biosphäre?
Die tiefe Biosphäre ist der Teil der Biosphäre, der alle Lebensformen umfasst, die unter der Erde existieren. Es konkurriert mit dem Leben an der Oberfläche und weist eine ähnliche oder sogar größere genetische Vielfalt auf. Frühe Entdeckungen reichen bis in die 1920er Jahre zurück, als Wissenschaftler Anzeichen mikrobieller Aktivität in Ölfeldern fanden. Doch erst in den 1980er Jahren bestätigten Fortschritte in Wissenschaft und Technologie die Unabhängigkeit dieser Lebensformen.
Mit der Weiterentwicklung der Technologie zur Tiefenerkundung zweifeln Biologen nicht länger an der Existenz von Leben tief in der Erde.
Die Zusammensetzung der tiefen Biosphäre
Die tiefe Biosphäre umfasst nicht nur Archaeen und Bakterien, sondern auch bestimmte vielzellige Lebensformen. Die meisten dieser Mikroorganismen gewinnen Energie durch chemische Reaktionen, wobei sie üblicherweise Wasserstoff, Methan und einige Sulfide als Hauptkohlenstoff- und Energiequellen verwenden.
Überlebensstrategien von Mikroorganismen
Leben in der Tiefe muss sich an extremen Druck und hohe Temperaturen anpassen, wodurch ihr Stoffwechsel hunderttausende Male langsamer ist als das Leben an der Oberfläche. Es wird vermutet, dass manche Zellen Tausende von Jahren überleben können, ohne sich zu teilen. Diese Mikroorganismen nutzen spezielle Stoffwechselwege, um Energie zu gewinnen, beispielsweise chemische Redoxreaktionen unter Verwendung von Elektronendonoren und Elektronenakzeptoren.
Chemische Reaktionen, die durch den mikrobiellen Stoffwechsel hervorgerufen werden, liefern notwendige Energie- und Nährstoffquellen für die tiefe Biosphäre.
Herausforderungen der Tiefenumgebung
In dieser dunklen und kalten Welt steht die tiefe Biosphäre vor vielen Herausforderungen. Extreme Temperatur- und Druckumgebungen zwingen das Leben dazu, Veränderungen im Stoffwechsel und in den Überlebensstrategien vorzunehmen. Zu hoher Druck macht die Membranstruktur im Inneren der Zelle brüchig und bremst die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen. Daher müssen diese Mikroorganismen hyperbare Zellmembranen entwickeln, um ihr weiteres Überleben zu gewährleisten.
Die Energiequelle für das Leben
In tiefen Umgebungen ohne Licht nutzen viele Mikroorganismen die chemische Synthese als Mittel zum Energieaustausch. Beispielsweise ist die Oxidationsreaktion von Methan einer der wichtigsten Stoffwechselwege, und die dabei freigesetzte Energie reicht aus, um das Überleben von Mikroorganismen zu unterstützen.
Bei extrem niedrigem Energiebedarf können Lebewesen den Rückfluss chemischer Reaktionen zum Gedeihen nutzen.
Vielfalt und Bedeutung von Mikroorganismen
Die mikrobielle Vielfalt der tiefen Biosphäre hat einen wichtigen Einfluss auf das Ökosystem der Erde. Bisher erforschen Wissenschaftler immer noch die Lebensformen, die in diesen extremen Umgebungen verborgen sind. Mikrobielle Ökosysteme sind für unser Verständnis der Biologie, Geologie und des Klimawandels der Erde von großer Bedeutung und könnten in Zukunft zu unerwarteten Entdeckungen führen.
Zukünftige Forschungsrichtungen
Mit der Entwicklung der wissenschaftlichen Forschung und Technologie wird sich das Verständnis der Menschheit für diese Tiefsee- und Untergrundlebewesen weiter vertiefen. Die Wissenschaftler hoffen, tiefere mikrobielle Wechselwirkungen und ihre möglichen Anwendungen aufzudecken, beispielsweise bei der Umweltsanierung und der Bioenergieproduktion. Die Erkundung dieser extremen Umgebungen wird uns helfen, die Vielfalt des Lebens auf unserem Planeten zu verstehen und sogar darüber zu spekulieren, ob ähnliche Lebensformen auf anderen Planeten existieren.
Können wir in diesem unbekannten Bereich des Lebens das Geheimnis der tiefen Biosphäre lüften?
