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Eine unerwartete Entdeckung unter dem Pazifik verändert die Vorstellungen darüber, wo Leben unter extremen Bedingungen existieren kann. Forschende, die Schlammvulkane in der Nähe des Marianengrabens untersuchten, förderten aus fast 3.000 Metern Tiefe auffällig blau gefärbte Serpentinit-Schlämme zu Tage und fanden darin intakte molekulare Hinweise auf lebende Zellen — in einem so alkalischen Milieu, dass es menschliche Haut verätzen würde. Diese Funde betreffen Kernelemente der Tiefenbiosphäre, der Serpentinisierung und der Frage nach habitablen Nischen in der Tiefsee.
Why this blue mud caught scientists' attention
Die Proben wurden während der Fahrt der R/V Sonne (Expedition SO292/2) im Jahr 2022 geborgen. Palash Kumawat und Kolleginnen analysierten zwei von neun Bohrkernen; in einem dieser Kerne dominierte im tiefsten Abschnitt Serpentinit-Gestein mit sichtbaren Brucit-Kristallen — Minerale, die das Material elektrisch-blau erscheinen lassen, solange sie vor dem Meerwasser geschützt sind. In den oberflächennahen Bereichen, in die Meerwasser eingesickert war, verblasste das Blau, weil Brucit gelöst wurde und sich die geochemische Signatur änderte. Diese Unterscheidung zwischen geschützten Serpentinit-Lagen und durchsetzten, meeresbeeinflussten Sedimenten ist für das Verständnis von Schutznischen innerhalb des Meeresbodens zentral.
Besonders bemerkenswert war die Chemie: der Schlamm wies einen extrem hohen pH-Wert von etwa 12 auf, damit gehört er zu den alkalischsten natürlich vorkommenden Umgebungen überhaupt. Es handelt sich um ein nährstoffarmes, organikatarme Milieu, in dem man Leben am wenigsten erwarten würde. Trotzdem detektierte das Team bakterielle und archaeale Lipide — also Membranfette — die in überraschend intakter Form in den Serpentinit-Schichten konserviert waren. Diese Membranlipide sind robuste Biomarker für mikrobielles Leben und geben Hinweise auf lebende oder kürzlich aktive Populationen in einer hochalkalischen Tiefseenumgebung.
How microbes survive in a caustic world
Serpentinit-Systeme entstehen durch langsame geochemische Reaktionen, die als Serpentinisierung bezeichnet werden: Ultramafische Gesteine reagieren mit Wasser, wobei molekularer Wasserstoff (H2) freigesetzt und der pH-Wert erhöht wird. Diese Bedingungen begünstigen chemosynthetische Ökosysteme, also Gemeinschaften, die Energie aus chemischen Reaktionen gewinnen statt aus Sonnenlicht. Die in den Proben nachgewiesenen Lipide sprechen für Gemeinschaften, die Methan metabolisieren (Methanoxidation) und Sulfat reduzieren, wobei als Nebenprodukt Schwefelwasserstoff (H2S) entsteht. Solche Stoffwechselwege sind typisch für Serpentinit-gebundene Habitatzonen und für chemosynthetische Nahrungsnetze in der Tiefsee.
Florence Schubotz, Organische Geochemikerin an der Universität Bremen und Mitautorin der Studie, betont die Bedeutung solcher Befunde: „Es ist außerordentlich spannend, Einblicke in solch ein mikrobielles Habitat zu bekommen, weil wir vermuten, dass das urtümliche Leben an genau solchen Orten entstanden sein könnte.“ Intakte Membranfette deuten darauf hin, dass hier Populationen existieren, die an extreme Alkalinität und sehr niedrige organische Kohlenstoffgehalte angepasst sind. Die Erkenntnisse erweitern unsere Vorstellung davon, wie flexibel mikrobieller Stoffwechsel sein kann und welche Anpassungsstrategien Mikroben in alkalischen Tiefseehabitaten entwickeln.
Frühere Untersuchungen hatten das Vorhandensein von methanverbrauchenden und methanproduzierenden Mikroben in ähnlichen Systemen indirekt vermutet. Diese Studie liefert nun direkte molekulare Belege aus tiefen, dichten Serpentinit-Schlämmen und erweitert dadurch die bekannten Tiefen- und Dichtebereiche, in denen solches Leben auftreten kann. Solche Resultate sind relevant für Studien zur Tiefenbiosphäre, zur Geochemie der Serpentinisierung und zur Suche nach Lebenszeichen in extremen Habitaten.
Anatomie der aus dem Pacman-Schlammvulkan geborgenen Kernprobe, die Serpentinit (Srp) und Brucit (Brc) in tieferen Lagen zeigt. (Kumawat et al., Commun. Earth Environ., 2025)
What this tells us about Earth's deep biosphere
Das Leben unter dem Meeresboden könnte grob geschätzt etwa 15 % der gesamten Biomasse der Erde umfassen und spielt eine wesentliche Rolle in langfristigen Nährstoff- und Kohlenstoffkreisläufen. Ein Großteil dieser Tiefenbiosphäre bleibt jedoch unerforscht, insbesondere in Bezug auf alkalische Serpentinit-Systeme. Der Nachweis von Biosignaturen, die innerhalb alkalischer Serpentinit-Schlämme konserviert sind, zeigt, dass komplexe mikrobiellen Ökosysteme in abgeschirmten Taschen existieren können, die vom Meerwasser durch physikalische und geochemische Barrieren getrennt sind und durch geochemische Energiequellen — wie H2- und CH4-Generierung — aufrechterhalten werden.
Die Befunde heben zudem plötzliche ökologische Übergänge hervor: Das Team beobachtete einen deutlichen Wechsel in den Organismenarten zwischen dem pelagischen Sediment, das den Meeresboden überdeckt, und dem tiefen Serpentinit-Schlamm darunter. Diese Grenze wirkt wie ein scharfer Übergang von durch Meerwasser beeinflussten Gemeinschaften zu alten, gesteinsgebundenen Ökosystemen. Solche Grenzflächen sind wichtige Orte für biogeochemische Zyklen, da sie Stofffluss, Energieverfügbarkeit und mikrobielle Diversität steuern. Für die Untersuchung von Habitaten mit geringer Nährstoffdichte, hohem pH und reduzierten Verbindungen sind sie besonders relevant.
Expedition, methods and implications for origins research
Die Studie kombiniert sorgfältiges Kernbohren an Schlammvulkanen des Meeresbodens, mineralogische Analysen zur Identifikation von Serpentinit und Brucit sowie organische Geochemie zur Isolierung von Membranlipiden. Solche Biomarker sind robuste Indikatoren für Bakterien und Archaeen; ihre Konservierung in hochalkalischen, kohlenstoffarmen Umgebungen ist bemerkenswert, da alkalisches Wasser organische Moleküle normalerweise hydrolytisch abbaut. Die Arbeitsabläufe umfassten sterile Probennahme, kontrollierte Lagerung und spezialisierte Analytik wie Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) und hochauflösende Flüssigchromatographie gekoppelt mit Massenspektrometrie (LC-MS/MS) zur Charakterisierung der Lipidsignaturen.
Die methodische Strenge war entscheidend, um Kontamination auszuschließen und zwischen terrestrischen und Meeresquellen zu unterscheiden. Mineralogische Mikroskopie, Röntgendiffraktometrie (XRD) und Elektronenmikroskopie wurden verwendet, um Kristallstrukturen und die physische Erhaltung von Brucit- und Serpentinit-Phasen darzustellen. In Kombination mit geochemischen Messungen (pH, gelöste Gase, Anionen- und Kationenprofile) konnten die Forschenden ein konsistentes Bild der Reaktionsräume zeichnen, in denen chemosynthetische Mikroben existieren.
Wissenschaftlich bedeutsam ist, dass serpentinit-gebundene Habitate zu den wichtigsten Kandidaten für Hypothesen über den Ursprung des Lebens gehören. Wenn heute einfache Mikroben in diesen hochalkalischen, methaneichen Nischen gedeihen können, könnten ähnliche Umgebungen auf der frühen Erde — oder in unterirdischen Räumen auf anderen Planeten und eisbedeckten Monden — die chemischen Voraussetzungen für die Entstehung des Lebens geboten haben. Die Rolle von molekularem Wasserstoff, Redoxgradienten und mineralvermittelten Katalysatoren (z. B. Eisen-Nickel-Phasen) in der chemischen Evolution ist ein zentrales Forschungsfeld und erhält durch solche Feldbeobachtungen zusätzliche empirische Unterstützung.
Future steps and ongoing research
Kumawat und Mitarbeitende planen, die Probenahme über weitere Schlammvulkane hinweg auszudehnen, Lipiddaten mit DNA-Analysen und Einzelzellmethoden zu kombinieren und Laborexperimente durchzuführen, die die in den Kernen gefundenen hohen pH-Werte und organikarmen Bedingungen simulieren. Solche Experimente sollen klären, wie Membranchemie und Stoffwechselwege an extreme Alkalinität angepasst werden. Ein Fokus liegt darauf, welche Lipidmodifikationen Membranen stabilisieren, wie Protonentransport und Energiemetabolismus in stark basischen Medien funktionieren und welche Genprodukte für solche Anpassungen entscheidend sind.
Zukünftige Arbeiten umfassen geplante Metagenom- und Metatranskriptom-Analysen, Single-cell genomics zur Identifikation seltener Taxa und Isotopenanalysen (z. B. 13C, 34S) zur Bestimmung von Stoffwechselpfaden wie Methanoxidation und Sulfatreduktion. Ferner sind experimentelle Studien zu mineral-gekoppelten Katalysen und zu synthetischen Rändern geplant, die als Modelle für frühe präbiotische Chemie dienen könnten. Langfristig zielen die Forschenden darauf ab, ein räumlich aufgelöstes Bild der Deep Biosphere in Serpentinit-Systemen zu erstellen, das sowohl ökologische als auch geochemische Variablen integriert.
Expert Insight
Dr. Leah Moreno, Astrobiologin am Institute for Planetary Science, kommentiert: 'Diese Befunde stärken die Vorstellung, dass Leben widerstandsfähig 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 Lebensräume auf dem Mars oder ozeanische Welten wie Europa.' Solche Experteneinschätzungen unterstreichen die Relevanz der Studie für multiple Forschungsdisziplinen — von Geochemie über Mikrobiologie bis hin zu planetarer Wissenschaft und Habitabilität.
Durch die Erweiterung der Erforschung in diese dichten, blauen Schlammschichten hoffen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, bisher verborgene Ökosysteme zu kartieren und die Umweltfenster besser einzugrenzen, in denen Leben entstehen und langfristig persistieren kann. Die Ergebnisse haben Implikationen für das Verständnis biogeochemischer Kreisläufe in der Tiefsee, die Suche nach Biomarkern in extremen Habitaten und die Modellierung habitabler Zonen auf anderen Himmelskörpern. Insgesamt liefern die Daten neue, empirisch fundierte Argumente dafür, dass auch ungewöhnliche, alkalische Umgebungen lebensfreundlich sein können, vorausgesetzt, es gibt geeignete Energiequellen und physikalische Nischen, die Organismen vor äusseren Einflüssen schützen.
Quelle: sciencealert
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