(Anastasia Taioglou/Unsplash) Nach einer Ölkatastrophe sind es in der Regel die kleinsten Organismen, die den größten Teil der Aufräumarbeiten übernehmen. Überraschenderweise wissen Wissenschaftler nur sehr wenig über die Werkzeuge, die diesen winzigen Aufräumtrupps zur Verfügung stehen.
Doch in einer im letzten Jahr veröffentlichten Studie entdeckten Forscher einen völlig unbekannten Kreislauf natürlicher Kohlenwasserstoffemissionen und des Recyclings, der durch eine Vielzahl winziger Organismen ermöglicht wird – was uns helfen könnte, besser zu verstehen, wie manche Mikroben die Macht haben, das Chaos zu beseitigen, das eine Ölpest hinterlässt im Ozean.
„Nur zwei Arten mariner Cyanobakterien tragen pro Jahr bis zu 500-mal mehr Kohlenwasserstoffe in den Ozean ein als die Summe aller anderen Arten von Erdöleinträgen in den Ozean, einschließlich natürlicher Ölaustritte, Ölverschmutzungen, Treibstoffablagerungen und Abflüsse vom Land.“ ,' sagte Der Geowissenschaftler Connor Love von der University of California, Santa Barbara (UCSB) im Februar 2021.
Aber im Gegensatz zu den bekannteren menschlichen Beiträgen von Kohlenwasserstoffen in unseren Ozean handelt es sich hierbei nicht um eine einseitige, lokale Mülldeponie.
Diese Kohlenwasserstoffe, hauptsächlich in Form von Pentadecan (nC15) sind auf 40 Prozent der Erdoberfläche verbreitet und werden von anderen Mikroben gefressen.
Sie werden ständig so umgewälzt, dass Love und Kollegen schätzen, dass jeweils nur etwa 2 Millionen Tonnen gleichzeitig im Wasser vorhanden sind.
„Alle zwei Tage produziert und verbraucht man das gesamte Pentadecan im Ozean“, Liebes erklärt .
(Luke Thompson, Chisholm Lab/Nikki Watson, MIT)
Oben: Eine Art der weltweit verbreiteten marinen Cyanobakterien Prochlorococcus.
Heutzutage sind die Kohlenwasserstoff-Fußabdrücke der Menschheit in den meisten Teilen unserer Umgebung zu finden. Wir emittieren diese Moleküle, die nur aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen bestehen, auf vielfältige Weise – der Großteil durch die Gewinnung und Nutzung fossiler Brennstoffe, aber auch durch Kunststoffe, Kochen, Kerzen, Malerei und die Liste geht weiter.
Daher sollte es wahrscheinlich keine große Überraschung sein, dass Spuren unserer eigenen Emissionen unsere Fähigkeit, den riesigen Kohlenwasserstoffkreislauf zu erkennen, der in unseren Ozeanen natürlich vorkommt, übertönten.
Love und ihre Kollegen brauchten einige Mühe, um diesen globalen Zyklus erstmals klar zu identifizieren.
Weit entfernt von den meisten menschlichen Kohlenwasserstoffquellen, in den nährstoffarmen subtropischen Gewässern des Nordatlantiks, musste das Team das Schiff, von dem aus sie Proben nahmen, so positionieren, dass es dem Wind zugewandt war, damit der Dieselkraftstoff, der auch Pentadecan enthält, die sieben Untersuchungsstandorte nicht kontaminierte. Während der Sammlung war es niemandem gestattet, an Deck zu kochen, zu rauchen oder zu malen.
„Ich weiß nicht, ob Sie jemals längere Zeit auf einem Schiff waren, aber Sie malen jeden Tag.“ erklärt Geowissenschaftler David Valentine von der UCSB.
„Es ist wie bei der Golden Gate Bridge: Man beginnt an einem Ende und wenn man am anderen Ende ankommt, ist es Zeit, von vorne zu beginnen.“
Zurück an Land konnten die Forscher mithilfe eines Gaschromatographen bestätigen, dass das Pentadecan in ihren Meerwasserproben biologischen Ursprungs war.
Bei der Analyse ihrer Daten stellten sie fest, dass die Konzentrationen von Pentadecan mit zunehmender Häufigkeit von Cyanobakterienzellen anstiegen und dass die geografische und vertikale Verteilung des Kohlenwasserstoffs mit der Ökologie dieser Mikroben übereinstimmte.
Cyanobakterien Prochlorkokken Und Synechokokken sind für etwa ein Viertel der Umwandlung von Sonnenlichtenergie in organische Materie im globalen Ozean verantwortlich ( Primärproduktion ) Und vorherige Laborkultivierung ergab, dass sie dabei Pentadecan produzieren.
Valentine erklärt die Cyanobakterien wahrscheinlich Pentadecan verwenden als stärkere Komponente für stark gekrümmte Zellmembranen, wie sie in Chloroplasten (den Organellen, die die Photosynthese durchführen) vorkommen.
Auch der Kreislauf von Pentadecan im Ozean folgt dem Diel-Radfahren dieser Cyanobakterien – ihre vertikale Wanderung im Wasser als Reaktion auf Änderungen der Lichtintensität im Laufe eines Tages.
Zusammengenommen deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass die Cyanobakterien tatsächlich die Quelle des biologischen Pentadecans sind, das dann von anderen Mikroorganismen verbraucht wird, die das Kohlendioxid produzieren, das die Cyanobakterien dann verwenden, um den Zyklus fortzusetzen.
Der natürliche Kohlenwasserstoffkreislauf der Erde. (David Valentine/UCSB)
Loves Team identifizierte Dutzende von Bakterien und Oberflächenbewohnern Archaeen die als Reaktion auf die Zugabe von Pentadecan zu ihren Proben blühten.
Anschließend testeten sie, ob die kohlenwasserstoffverzehrenden Mikroben auch Erdöl abbauen können. Die Forscher fügten den Proben immer näher an Gebieten mit aktiver Ölaustrittsstelle im Golf von Mexiko einen Erdölkohlenwasserstoff hinzu.
Leider enthielten nur die Meeresproben aus Gebieten, die bereits nicht-biologischen Kohlenwasserstoffen ausgesetzt waren, Mikroben, die als Reaktion auf den Verzehr dieser Moleküle blühten.
DNA-Tests zeigten, dass Gene, von denen angenommen wird, dass sie Proteine kodieren, die diese Kohlenwasserstoffe abbauen können, zwischen den Mikroben unterschiedlich waren, wobei ein Kontrast zwischen denen, die biologische Kohlenwasserstoffe fraßen, und denen, die aus Erdöl gewonnene Kohlenwasserstoffe fraßen, offensichtlich war.
„Wir haben gezeigt, dass es im Ozean einen massiven und schnellen Kohlenwasserstoffkreislauf gibt, der sich von der Fähigkeit des Ozeans unterscheidet, auf den Erdöleintrag zu reagieren.“ sagte Valentin.
Die Forscher haben mit der Sequenzierung der Genome der Mikroben in ihrer Probe begonnen, um die Ökologie und Physiologie der am natürlichen Kohlenwasserstoffkreislauf der Erde beteiligten Lebewesen besser zu verstehen.
„Ich denke, [diese Ergebnisse zeigen], wie viel wir über die Ökologie vieler Kohlenwasserstoff verbrauchender Organismen nicht wissen.“ sagte Liebe.
Diese Forschung wurde veröffentlicht in Naturmikrobiologie .
Eine Version dieses Artikels wurde erstmals im Februar 2021 veröffentlicht.