Mikrobielle Matten in einer Höhle auf Hawaii. (Jimmy Saw) Mikroben sind die kleinsten bekannten lebenden Organismen auf der Erde und kann fast überall gefunden werden, sogar in die kalten, marsähnlichen Bedingungen von Lavahöhlen.
Auf der Insel Hawaii haben Wissenschaftler kürzlich eine wunderbare Ansammlung neuartiger Mikroben gefunden, die in geothermischen Höhlen, Lavaröhren und Vulkanquellen gedeihen.
Diese unterirdischen Strukturen wurden vor 65 und 800 Jahren gebildet und erhalten wenig bis gar kein Sonnenlicht. Sie können auch giftige Mineralien und Gase enthalten. Doch mikrobielle Matten sind es ein gemeinsames Merkmal hawaiianischer Lavahöhlen .
Proben dieser Matten, die zwischen 2006 und 2009 und dann noch einmal zwischen 2017 und 2019 entnommen wurden, offenbaren noch mehr einzigartige Lebensformen als erwartet. Als Forscher 70 Proben nach einem einzelnen RNA-Gen sequenzierten, Wird häufig zur Identifizierung der mikrobiellen Vielfalt und Häufigkeit verwendet , konnten sie keine Ergebnisse bekannten Gattungen oder Arten zuordnen, zumindest nicht mit hoher Sicherheit.
„Das deutet darauf hin, dass Höhlen und Fumarolen „sind unzureichend erforschte vielfältige Ökosysteme“, schreiben die Autoren der Studie.
Mikroben, nach Pflanzen, Sie machen den größten Teil der Biomasse unseres Planeten aus und fast die gesamte Biomasse im tiefen Untergrund der Erde. Doch weil diese Organismen so klein sind und in solch extremen Umgebungen leben, haben Wissenschaftler sie in der Vergangenheit übersehen.
In den letzten Jahren haben unterirdische Mikroben größeres Interesse geweckt, da sie in Umgebungen existieren, die denen auf der Erde sehr ähnlich sind Mars . Aber es ist noch ein langer Weg.
Aktuelle Schätzungen deuten darauf hin 99,999 Prozent aller Mikrobenarten sind noch unbekannt , führend einige beziehen sich auf sie als ' Dunkle Materie' .
Die neue Forschung aus Hawaii unterstreicht, wie dunkel diese Lebensformen sind.
Die Vielfalt zwischen den Standorten war unterschiedlich. Ältere Lavaröhren, die zwischen 500 und 800 Jahre alt sind, beherbergten vielfältigere Mikrobenpopulationen als geothermisch aktive Standorte oder waren weniger als 400 Jahre alt.
Während diese älteren Standorte vielfältiger waren, wiesen die jüngeren und aktiveren Probenstandorte komplexere Mikrobeninteraktionen auf, was wahrscheinlich auf die geringere Diversität zurückzuführen ist. Die Mikroben müssen möglicherweise zusammenarbeiten, um besser zu überleben.
Forscher vermuten, dass es eine Weile dauert, bis Mikroben vulkanische Basalte besiedeln, und wenn sich die Umgebung um sie herum verändert, ändert sich auch ihre Gemeinschaftsstruktur. In kühleren Höhlen sind beispielsweise Proteobakterien und Aktinobakterien häufiger anzutreffen.
„Dies führt zu der Frage: Tragen extreme Umgebungen dazu bei, interaktivere mikrobielle Gemeinschaften zu schaffen, in denen die Mikroorganismen stärker voneinander abhängig sind?“ Wunder Mikrobiologin Rebecca Prescott von der University of Hawaiʻi in Mānoa.
„Und wenn ja, was trägt dazu bei, dass extreme Umgebungen dies bewirken?“
In jüngeren Lavahöhlen waren die Mikroben tendenziell weiter entfernt miteinander verwandt. Dies deutet darauf hin, dass der Wettbewerb in raueren Umgebungen eine stärkere Kraft ist und die Wahrscheinlichkeit verringert, dass eng verwandte Arten nebeneinander leben.
Eine Stalaktitenformation in einer hawaiianischen Höhle mit weißen Mikrobenkolonien. (Kenneth Ingham)
Unabhängig vom Alter kamen an fast allen Standorten mehrere Bakterienklassen wie Chloroflexi und Acidobacteria vor.
Diese Mikroben scheinen Schlüsselakteure in ihren Gemeinschaften zu sein. Die Autoren nennen sie „Hub“-Arten, da sie andere Mikroben zusammenbringen.
Es ist möglich, dass Chloroflexi-Mikroben Kohlenstoffquellen im Ökosystem bereitstellen, indem sie unter relativ dunklen Bedingungen Lichtenergie nutzen.
Aber im Moment ist das nur Spekulation. Da in der Studie nur ein einziges Gen teilweise sequenziert wurde, können Prescott und ihre Kollegen nicht sagen, welche Rolle eine bestimmte Mikrobe in ihrer Untergrundgemeinschaft spielt.
„Insgesamt hilft diese Studie zu veranschaulichen, wie wichtig es ist, Mikroben in Co-Kultur zu untersuchen, anstatt sie einzeln (als Isolate) zu züchten.“ sagt Prescott.
„In der Natur wachsen Mikroben nicht isoliert. Stattdessen wachsen, leben und interagieren sie mit vielen anderen Mikroorganismen in einem Meer chemischer Signale dieser anderen Mikroben. Dies kann dann ihre Genexpression verändern und sich auf ihre Aufgaben in der Gemeinschaft auswirken.“
Die Studie wurde veröffentlicht in Grenzen in der Mikrobiologie .