In den meisten Lebensräumen am Meeresboden machen Mikroorganismen über 90% der Biomasse aus. Zellzählungen an Sedimentproben aus verschiedenen Ozeanregionen und Wassertiefen zeigten, dass die durchschnittliche Zellzahl an der Bodenwassergrenzschicht im Bereich von Milliarden (10⁹) Zellen pro Milliliter Sediment liegt. Sogar einen Kilometer unter dem Meeresboden leben noch mehrere 10000 Zellen in einem Teelöffel Sediment. Aufgrund der ungeheuren Ausdehnung des Tiefseebodens ergaben Hochrechnungen, dass die Mikroorganismen des Meeresbodens vermutlich ein Drittel der gesamten lebenden Biomasse auf der Erde ausmachen. Der Meeresboden umfasst dabei eine enorme Vielfalt von Ökosystemen - von den wüstenartigen Tiefsee-Ebenen bis zu den reichen Oasen des Lebens an Hydrothermalquellen und Methanaustritten. Die meisten Mikroorganismen im Tiefseeschlamm sind stark energielimitiert so dass die mittleren Generationszeiten Monate bis Tausende von Jahren dauern. Aber wo chemische Energie in Form von Wasserstoff, Methan, Schwefelwasserstoff oder Eisen durch geologische Prozesse zur Verfügung stehen wachsen aktive Zellgemeinschaften, die als Primärproduzenten ganze chemosynthetische Nahrungsnetze versorgen. Im Vergleich zur Wassersäule bietet der Meeresboden den Mikroorganismen eine riesige Oberfläche und viel höhere Konzentrationen von organischem Detritus. Viele benthische Mikroorganismen haften sich an die mineralischen und biogenen Oberflächen an. Da Transportprozesse wie Diffusion und Advektion durch die feste Struktur des Meeresbodens auf wenige Zentimeter pro Jahr begrenzt sind, entstehen vertikale Energiegradienten im Meeresboden. Die Atmung der Mikroorganismen sorgt dafür, dass zuerst Sauerstoff und Nitrat aufgezehrt wird, dann Eisen und Mangan und schließlich Sulfat und Kohlendioxid. Sauerstoff-freie Meeresböden findet man in Auftriebsgebieten, an Sauerstoffminimum-Zonen aber auch an Hydrothermalquellen und Methanaustritten, sowie überall wo größere Mengen organischen Materials in die Tiefsee eingetragen werden. In den nahrungsärmsten Gebieten wie den großen Ozeanwirbeln, aber auch im Östlichen Mittelmeer und den eisbedeckten Polargebieten haben die Mikroorganismen wenig zu veratmen und der Sauerstoff durchdringt mehrere Meter Meeresboden.

Ziel unserer Forschung ist, die Struktur und Veränderung mikrobieller Habitate zu verstehen, sowie die Bildung bestimmter Nischen. Welche Typen von Mikroorganismen in welchen Sedimentschichten vorkommen, wie diese Mikroorganismen sich ernähren und was für Funktionen sie für die Elementkreisläufe im Meer haben sind wichtige Fragestellungen, die wir erforschen. Uns interessieren sowohl die physikalischen und chemischen Prozesse wie auch die Energieflüsse zwischen Boden und Wasser, sowie anoxischen und oxischen Bereichen. Wir entwickeln verschiedene Methoden und Technologien, um die mikrobiellen Habitate direkt am Meeresboden zu untersuchen. Die geringe Energieverfügbarkeit in weiten Bereichen der Tiefsee, aber auch die Anpassungsfähigkeit mikrobieller Gemeinschaften an lokal extreme Lebensbedingungen und hohen Energiefluss macht die Untersuchung der Vielfalt, Verteilung und Funktion von Bakterien und Archaea im Meeresboden eine der spannendsten Aufgaben der Zukunft.

Weitere Informationen finden Sie auf den Webseiten des MPI-MM.

Kontakt: A. Boetius, A. Ramette