Forscher finden eine Reihe neuer Mikroben in Lavahöhlen auf Hawaii

Zwischen 2006 und 2009 sowie zwischen 2017 und 2019 entnahmen US-Forscher etwa 70 Proben aus Lavahöhlen, Lavatunneln und geothermischen oder Fumarolenöffnungen – Öffnungen in der Erdkruste, aus denen warme bis sehr heiße Wasserdämpfe und vulkanische Gase entweichen.

Als die Forscher diese Proben für ein einzelnes RNA-Gen sequenzierten, das üblicherweise zur Identifizierung der mikrobiellen Vielfalt und Häufigkeit verwendet wird, konnten sie keine Ergebnisse bekannten Gattungen oder Arten zuordnen, zumindest nicht mit großer Genauigkeit. „Dies deutet darauf hin, dass Höhlen und Fumarolen wenig erforschte Ökosysteme sind“, schreiben die Forscher.

Diese unterirdischen Strukturen wurden vor 65 bis 800 Jahren geformt und erhalten wenig oder gar kein Sonnenlicht. Sie können auch giftige Mineralien und Gase beherbergen. Dennoch sind mikrobielle Matten ein häufiges Merkmal von Lavahöhlen auf Hawaii. Mikroben machen nach Pflanzen den Großteil der Biomasse unseres Planeten und fast die gesamte Biomasse im tiefen Untergrund der Erde aus. Aber weil diese Organismen so klein sind und in solch extremen Umgebungen leben, haben Wissenschaftler sie bisher übersehen.

In den letzten Jahren gab es ein wachsendes Interesse an unterirdischen Mikroben, weil sie in Umgebungen leben, die denen auf dem Mars sehr ähnlich sind, aber es ist noch ein langer Weg zu gehen. Jüngsten Schätzungen zufolge würden 99,999 % aller Mikrobenarten unbekannt bleiben, was einige dazu veranlasst, sie als „dunkle Materie“ zu bezeichnen.

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Die neue Forschung aus Hawaii zeigt, wie undurchsichtig diese Lebensformen sind. Die Vielfalt zwischen den Standorten variierte. Ältere Lavaröhren, die zwischen 500 und 800 Jahre alt sind, beherbergen vielfältigere Mikrobenpopulationen als geothermal aktive Standorte oder Standorte, die weniger als 400 Jahre alt sind. Während diese älteren Standorte vielfältiger waren, zeigten die jüngeren und aktiveren Standorte komplexere Wechselwirkungen zwischen Mikroben, wahrscheinlich aufgrund der geringeren Diversität. Die Mikroben müssen möglicherweise zusammenarbeiten, um besser zu überleben.

Forscher vermuten, dass Mikroben Zeit brauchen, um vulkanische Basalte zu besiedeln, und wenn sich die Umgebung um sie herum ändert, ändert sich auch ihre Gemeinschaftsstruktur. In kühleren Höhlen kommen zum Beispiel Proteobakterien und Actinobakterien häufiger vor. „Dies wirft die Frage auf, ob extreme Umgebungen zur Entstehung interaktiverer mikrobieller Gemeinschaften beitragen, in denen Mikroorganismen stärker voneinander abhängig sind?“ fragt sich die Mikrobiologin Rebecca Prescott von der University of Hawaii in Mānoa. „Und wenn ja, was hat es mit extremen Umgebungen auf sich, die dadurch geschaffen werden?“

In jüngeren Lavahöhlen wurden die Mikroben weiter voneinander entfernt gefunden. Dies deutet darauf hin, dass der Wettbewerb in raueren Umgebungen eine stärkere Kraft ist, eine Kraft, die die Wahrscheinlichkeit verringert, dass eng verwandte Arten Seite an Seite leben.

Unterschiedliche Arten von Bakterien, wie Chloroflexi und Acidobacteria, wurden an fast allen Standorten unabhängig vom Alter gefunden. Diese Mikroben scheinen Schlüsselakteure in ihren Gemeinschaften zu sein. Die Forscher nennen sie „Hub“-Arten, weil sie andere Mikroben zusammenbringen.

Es ist möglich, dass Chloroflexi-Mikroben Kohlenstoffquellen im Ökosystem sind, indem sie Lichtenergie unter relativ dunklen Bedingungen nutzen, aber das ist vorerst nur Spekulation. Da in der Studie nur ein Gen teilweise sequenziert wurde, können Prescott und ihre Kollegen nicht sagen, welche Rolle eine bestimmte Mikrobe in ihrer Untergrundgemeinschaft spielt.

„Diese Studie zeigt, wie wichtig es ist, Mikroben in Kokulturen zu untersuchen, anstatt sie nur 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 ihre Rolle in der Gemeinschaft beeinflussen“, schließt sie.

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