Ein besseres Verständnis von Bakterien im Inneren von Vulkanen kann Klimamodelle stützen
Ein zentraler Aspekt des Klimawandels ist der rasche Anstieg von Treibhausgasen wie Methan, das aus Feuchtgebieten und dem tauenden Permafrostboden freigesetzt wird. Aufgrund seiner Fülle ist Methan ein interessanter Brennstoff, allerdings lässt es sich nur schwer gewinnen. Eine mögliche Lösung besteht in der Erforschung von Mikroben, die Methan aus der Atmosphäre binden können. Das EU-finanzierte Projekt VOLCANO suchte im heißen, sauren Erdreich von Vulkanregionen nach diesen und anderen Organismen. „Wir interessieren uns sehr für den Kreislauf der Elemente in der Natur: Stickstoff, Kohlenstoff, Schwefel, Organismen, die diese Elemente verstoffwechseln, und wie das in einem Ökosystem funktioniert“, erklärt Projektkoordinator Huub Op den Camp.
Inselvulkane
Auf der Suche nach neuartigen Organismen wandte sich sein Team von der Radboud Universität in den Niederlanden drei extremophilen Hotspots in Italien zu: dem Solfatara-Vulkan in der Nähe von Neapel, der Insel Vulcano bei Sizilien sowie der Insel Pantelleria vor der Küste Tunesiens. „Der Vulkan Solfatara bricht nicht aus, aber es gibt immer noch Aktivität, mit blubbernden Schlammtöpfen und Fumarolen, heißem Dampf, der aus der Erde austritt“, sagt Op den Camp. Diese Fumarolen liefern konzentrierte Gase wie Methan und Kohlendioxid, und alle Standorte besitzen Böden mit hohen Temperaturen – bis zu 100 °C in 50 cm Tiefe – sowie einem niedrigen pH-Wert. Um die Mikroben zu sammeln, führte das Team Bohrungen durch und sammelte Bodenproben, ehe es zurück zum Hotel eilte. „Wieder im Hotel angekommen, nutzten wir das Zimmer als Labor, um alles an Ort und Stelle zu inokulieren“, fügt er hinzu. „Nach 24 Stunden kehrten wir zurück und installierten die neuen Inkubationen in unserem Labor.“ Die Bakterien wurden anhand von zwei Techniken identifiziert. Bei der ersten verfolgten Op den Camp und sein Team einen Metagenomik-Ansatz, bei dem sie die DNA direkt aus den Mischproben extrahierten. Ein zweiter Ansatz bestand in der Anreicherung und Kultivierung der Bakterien, um schließlich die verschiedenen vorhandenen Arten zu isolieren.
Neue Entdeckungen
Das Team war in der Lage, Hunderte von Bakterienstämmen zu bestimmen, darunter auch Vertreter einer neuen, der Wissenschaft bislang unbekannten Gattung. Mehrere dieser Arten waren Methanotrophe – Bakterien, die sich von dem im Boden vorhandenen Methan ernähren. „Wie sie atmosphärisches Methan nutzen, ist eine wichtige Fragestellung“, stellt Op den Camp fest. „Die Methankonzentration in der Atmosphäre nimmt zu, wenn man also einen Organismus isolieren könnte, der das Methan einfach abbauen kann, wäre das sehr hilfreich.“ Weiter fügt er hinzu, dass ein besseres Verständnis darüber, wie Mikroben den Fluss von Methan zwischen der Atmosphäre und Quellen wie Feuchtgebieten vermitteln, helfen wird, Klimamodelle zu verbessern. Zu den weiteren interessanten Stämmen, die das Team von Op den Camp isolierte, gehört eine Spezies, die in der Lage ist, Methan in Methanol umzuwandeln, einem wichtigen Vorprodukt in der chemischen Industrie, sowie ein Bakterium auf Pantelleria, das sich ausschließlich von Gas ernährt. „Das einzige, was dieses Bakterium braucht, sind Wasserstoff, CO2 und Sauerstoff“, sagt er. „Es bindet CO2 wie eine Pflanze das Sonnenlicht; nur dass es Wasserstoff als Energiequelle dafür nutzt.“ Bei einer anderen Spezies wurde nachgewiesen, dass sie die Hälfte des Kohlenstoffs, den sie bindet, an das umgebende Medium verliert, was sie besonders interessant für die Produktion organischer Verbindungen machen könnte. Im Anschluss an dieses Projekt plant Op den Camp, Methoden zu entwickeln, um die wichtigsten Vertreter in diesem mikrobiellen Ökosystem zu isolieren: „Die Forschung ist nie abgeschlossen, es gibt immer neue Fragen, die sich auftun, und eine Menge wirklich interessanter Dinge, die es sich zu untersuchen lohnt.“
Schlüsselbegriffe
VOLCANO, Schlamm, Bakterien, Methanotroph, Methan, Fumarolen, Solfatara, Pantelleria, Vulkan
