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Eine unerwartete Entdeckung unter dem Pazifik verändert Vorstellungen darüber, wo Leben existieren kann. Forschende, die Schlammvulkane in der Nähe des Marianengrabens untersuchten, förderten in fast 3.000 Metern Tiefe einen verblüffend blauen Serpentinit-Schlamm zu Tage und fanden intakte molekulare Hinweise auf lebende Zellen – in einer Mischung so alkalisch, dass sie menschliche Haut verätzen würde.
Why this blue mud caught scientists' attention
Die Proben wurden während der R/V Sonne-Expedition SO292/2 im Jahr 2022 geborgen. Palash Kumawat und Kolleginnen und Kollegen analysierten zwei von neun Bohrkernen und stellten fest, dass im tiefsten Abschnitt eines Kerns Serpentinit-Gestein dominierte, in dem sichtbare Brucit-Kristalle enthalten waren – Mineralien, die dem Material seine elektrisierende blaue Farbe verleihen, solange es vor Meerwasser geschützt bleibt. In flacheren Schichten, in die Meerwasser eingedrungen war, verblasste das Blau, da Brucit sich auflöste und die Geochemie sich veränderte.
Am auffälligsten war die chemische Zusammensetzung: Der Schlamm wies einen extrem hohen pH-Wert von etwa 12 auf und zählt damit zu den alkalischsten natürlichen Umgebungen, die bekannt sind. Es handelt sich um einen nährstoffarmen, organisch armen Lebensraum, in dem man Leben am wenigsten erwarten würde. Dennoch detektierte das Team bakterielle und archaeale Lipide – membranbildende Fette –, die erstaunlich gut erhalten in den Serpentinit-Lagen konserviert waren. Solche Biomarker deuten auf lebende oder zumindest jüngst aktive mikrobielle Gemeinschaften hin, die an hohe Alkalinität und sehr geringen organischen Kohlenstoff angepasst sind.
How microbes survive in a caustic world
Serpentinit-Systeme entstehen durch langsame geochemische Reaktionen, die als Serpentinierung bezeichnet werden. Bei diesem Prozess reagieren ultramafische Gesteine mit Wasser und erzeugen unter anderem molekularen Wasserstoff (H2) und Hydroxidionen, was den pH-Wert ansteigen lässt. Diese Bedingungen begünstigen chemosynthetische Ökosysteme – Gemeinschaften, die ihre Energie aus chemischen Reaktionen statt aus Sonnenlicht gewinnen. In den untersuchten Proben deuten die gefundenen Lipide auf Gemeinschaften hin, die Methan metabolisieren und Sulfat reduzieren; als Nebenprodukt entsteht dabei häufig schwefelwasserstoff (H2S).
Solche mikrobiellen Stoffwechselwege sind energetisch gut angepasst an Umgebungen mit hohen H2- und geringen organischen Kohlenstoffgehalten. Methanotrophe (methanverbrauchende) und methanogene (methanproduzierende) Mikroben können in syntrophen Netzwerken koexistieren, wobei biochemische Energieflüsse (z. B. Elektronentransfer über Wasserstoff oder reduzierte Schwefelverbindungen) die Basis der Nahrungsnetze bilden. Die erhaltenen Membranlipide – darunter typische Fettsäuren bakteriellen Ursprungs und archaeale Etherlipide – sind robuste Biomarker, die nicht nur die Präsenz von Bakterien und Archaeen anzeigen, sondern auch Hinweise auf deren Stoffwechselstrategien und Umweltbedingungen liefern.
"Es ist einfach spannend, Einsichten in einen solchen mikrobiellen Lebensraum zu gewinnen, weil wir vermuten, dass primitives Leben an genau solchen Orten entstanden sein könnte", sagt Florence Schubotz, organische Geochemikerin an der Universität Bremen und Koautorin der Studie. Sie und ihre Kolleginnen und Kollegen betonen, dass intakte Membranfette auf lebende oder kürzlich aktive Populationen hindeuten, die an extreme Alkalinität und sehr niedrigen organischen Kohlenstoff angepasst sind. Die molekulare Erhaltung in einem Umfeld mit pH ~12 stellt besondere Anforderungen an die Stabilität organischer Moleküle und liefert neue Erkenntnisse zur Robustheit mikrobieller Strukturen.
Frühere Studien hatten das Vorhandensein von methanverbrauchenden und methanproduzierenden Mikroben in ähnlichen Systemen nur erschlossen oder indirekt abgeleitet; diese Arbeit liefert nun direkte molekulare Evidenz aus tiefem, dichtem Serpentinit-Schlamm und erweitert damit die bekannte Tiefe und Dichte, in der solches Leben existieren kann.
Anatomie der aus dem Pacman-Schlammvulkan geborgenen Kernprobe, mit Serpentinit (Srp) und Brucit (Brc) in tieferen Abschnitten. (Kumawat et al., Commun. Earth Environ., 2025)
What this tells us about Earth's deep biosphere
Das Leben unter dem Meeresboden könnte schätzungsweise rund 15 % der Biomasse der Erde ausmachen und spielt eine bedeutende Rolle in langfristigen Nährstoff- und Kohlenstoffkreisläufen. Ein großer Teil dieser tiefen Biosphäre ist jedoch noch weitgehend unerforscht. Das Auffinden von Biosignaturen, die in alkalischem Serpentinit-Schlamm konserviert sind, zeigt, dass komplexe mikrobielle Ökosysteme in von Meerwasser abgeschirmten Taschen überdauern können und durch geochemische Energiequellen wie H2 und reduzierte C- oder S-Verbindungen aufrechterhalten werden.
Die Befunde verdeutlichen auch abrupte ökologische Übergänge: Das Team beobachtete einen deutlichen Wechsel der Organismentypen zwischen dem pelagischen Sediment, das den Meeresboden überlagert, und dem tiefen Serpentinit-Schlamm darunter. Diese Grenzfläche erscheint als scharfe Transition von meerwasserbeeinflussten Gemeinschaften zu alten, gesteinsgebundenen Ökosystemen, die möglicherweise seit geologischen Zeiträumen isoliert sind. Solche Übergänge sind wichtig, um Habitatgrenzen innerhalb der subseafloor-Biosphäre zu definieren und zu verstehen, wie Isolation und geochemische Energiequellen die evolutionäre Anpassung von Mikroorganismen beeinflussen.
Aus geochemischer Sicht liefert die Kombination aus Mineralogie (nachweisbarer Brucit und Serpentinit) und organischer Chemie (erhaltene Lipide, Isotopie-Muster) eine mehrschichtige Beweislage. Isotopenwerte von Kohlenstoff- und Schwefelverbindungen können zusätzlich helfen, biotische von abiotischen Quellen zu unterscheiden und Stoffwechselwege (z. B. Sulfatreduktion vs. Sulfidausfällung) genauer zu rekonstruieren. Solche Daten stärken die Aussagekraft der Biomarker-Analysen und verleihen den Ergebnissen robuste, interdisziplinäre Validität.
Expedition, methods and implications for origins research
Die Untersuchung vereint sorgfältiges Bohren an Schlammvulkanen am Meeresboden, mineralogische Analysen zur Identifikation von Serpentinit und Brucit sowie organische Geochemie zur Isolierung membranbildender Lipide. Analytische Methoden umfassten hochauflösende Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS), Flüssigchromatographie gekoppelt mit Massenspektrometrie (LC-MS), sowie Isotopenanalysen (z. B. δ13C, δ34S) zur Herkunftsbestimmung der organischen Signale. Ergänzende mineralogische Techniken wie Röntgendiffraktometrie (XRD) und Rasterelektronenmikroskopie (REM) lieferten strukturelle und morphologische Informationen zu Brucitkristallen und Serpentinit-Texturen.
Solche Biomarker gelten als robuste Indikatoren für Bakterien und Archaeen; ihre Erhaltung in hochalkalischen, kohlenstoffarmen Umgebungen ist bemerkenswert, weil alkalische Medien üblicherweise organische Moleküle angreifen und hydrolysieren. Die beobachtete Stabilität lässt auf spezielle Schutzmechanismen schließen, etwa physikalische Abschirmung innerhalb von Mineralmatrices, schnelle Einbettung in anorganische Strukturen oder die Existenz besonders stabiler lipider Strukturen (z. B. ethergebundene Archaeallipide).
Für Fragen zur Entstehung des Lebens sind Serpentinit-gebundene Habitate besonders interessant: Wenn einfache Mikroorganismen heute in solchen hochalkalischen, methanreichen Nischen gedeihen können, dann könnten vergleichbare Umgebungen auf der frühen Erde – oder unterirdische Räume auf anderen Planeten und eisigen Monden – die chemischen Pfade bereitgestellt haben, die zur Entstehung von Leben führten. Die Kombination aus verfügbaren Reduktionsäquivalenten (H2), Kohlenstoffquellen (CO2, organische C-Verbindungen, Methan) und mineralischer Katalyse macht diese Systeme zu plausiblen Ursprungsorten prebiotischer Chemie.
Future steps and ongoing research
Kumawat und die Mitarbeitenden planen, die Probennahme über weitere Schlammvulkane hinweg auszuweiten, Lipiddaten mit DNA-Analysen und Einzelzellstudien zu kombinieren sowie Laborexperimente durchzuführen, die die in den Kernen beobachteten Hoch-pH- und organisch-armen Bedingungen simulieren. Ziel ist es, die Anpassungsmechanismen der Membranchemie und der Stoffwechselwege bei extremer Alkalinität zu entschlüsseln. Experimentelle Ansätze könnten gezielte Kultivierungsversuche unter H2-reichen, methan- oder sulfathaltigen Bedingungen umfassen, gekoppelt mit Metagenomik und Metatranskriptomik, um aktive Stoffwechselprozesse zu identifizieren.
Darüber hinaus sind single-cell genomics und in situ-Techniken wie NanoSIMS oder FISH (Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung) wichtig, um räumliche Organisation, Zell‑zu‑Mineral‑Interaktionen und Stofffluss auf mikroskopischer Ebene sichtbar zu machen. Kontaminationskontrolle bei Tiefseeproben bleibt ein kritischer Aspekt: strenge Kontaminationsmarker, Tracer und Blank-Kontrollen sind essenziell, um sicherzustellen, dass die detektierten Biomarker nicht durch die Bohrausrüstung oder Oberflächenprozesse eingeführt wurden.
Langfristig zielen die Forscherinnen und Forscher darauf ab, robuste ökologische Modelle für serpentinitische Ökosysteme zu entwickeln, die Energiestrom, Kohlenstoffflüsse und Populationsdynamik quantifizieren. Solche Modelle sind nützlich, um die globale Bedeutung dieser Lebensräume im Kontext der marinen Kohlenstoff- und Schwefelzyklen besser einzuschätzen.
Expert Insight
Dr. Leah Moreno, Astrobiologin am Institute for Planetary Science, kommentiert: "Diese Ergebnisse stärken die Vorstellung, dass Leben hartnäckig und opportunistisch ist. Serpentinisierende Systeme sind natürliche Labore zur Untersuchung präbiotischer Chemie und mikrobieller Überlebensstrategien. Für die Astrobiologie sind sie besonders überzeugende Analoga für unterirdische Habitate auf dem Mars oder Ozeanwelten wie Europa."
Indem die Erforschung auf diese dichten, blauen Schlämme ausgeweitet wird, hoffen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, bisher verborgene Ökosysteme zu kartieren und die Umweltfenster besser einzugrenzen, in denen Leben entstehen und bestehen kann. Die Kombination aus Feldarbeit, analytischer Chemie, molekularbiologischen Methoden und Laborversuchen wird nötig sein, um die Vielfalt, Funktion und Evolution von Mikroorganismen in Serpentinit‑Habitaten umfassend zu verstehen.
Zusammenfassend bekräftigen diese Befunde die Rolle von Serpentinit-gebundenen, alkalischen Systemen als bedeutende Reservoirs tiefen Lebens und als wichtige Forschungsobjekte für Geobiologie, Umweltmikrobiologie und Astrobiologie. Weitere interdisziplinäre Untersuchungen könnten nicht nur das Verständnis der irdischen Tiefenbiosphäre vertiefen, sondern auch Hinweise auf mögliche Lebensformen in anderen Teilen des Sonnensystems liefern.
Quelle: sciencealert
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