❄️ Verheerende Mikroben, die seit 40.000 Jahren im Eis gefroren waren, erwachen

Unter einer vereisten Fläche in Alaska überleben winzige Organismen im Schlafzustand, Zeugen vergangener Zeiten, als Mammuts noch die Erde durchstreiften. Ihr allmähliches Erwachen, verursacht durch das Tauen der arktischen Böden, könnte das Gleichgewicht unseres Planeten grundlegend verändern.

Wissenschaftlern ist es gelungen, diese alten mikrobiellen Gemeinschaften wiederzubeleben, einige davon über 40.000 Jahre alt. Ihre Arbeit enthüllt die biologischen Mechanismen, die ausgelöst werden, wenn das Eis flüssigem Wasser weicht. Diese mikrobielle Wiederbelebung bietet ein einzigartiges Fenster in die ökologischen Prozesse, die sich mit der aktuellen globalen Erwärmung verstärken könnten.

Das allmähliche Erwachen der urzeitlichen Mikroben

Das Forschungsteam entnahm Permafrost-Bohrkerne aus dem Fox-Tunnel in Alaska, einer einzigartigen militärischen Einrichtung, die Zugang zu seit dem Pleistozän gefrorenen Schichten ermöglicht. Die Proben, sorgfältig ins Labor transportiert, wurden unter streng anaeroben Bedingungen aufbewahrt, um ihre Integrität zu erhalten. Die Wissenschaftler leiteten dann ein kontrolliertes Auftauen bei verschiedenen Temperaturen ein, das die sommerlichen Bedingungen der Arktis simulierte.

In den ersten Wochen blieb die mikrobielle Aktivität praktisch nicht nachweisbar. Die Zellerneuerung erreichte kaum ein Hunderttausendstel der Zellen pro Tag, ein extrem langsames Tempo im Vergleich zu modernen Stämmen. Diese Latenzphase würde einer Phase der allmählichen metabolischen Reaktivierung nach Jahrtausenden der Ruhe entsprechen.

Erst nach sechsmonatiger Inkubation zeigten die mikrobiellen Gemeinschaften eine signifikante Aktivität. Einige entwickelten mit bloßem Auge sichtbare Biofilme, Schutzstrukturen, die eine vollständige Reaktivierung anzeigen. Die Inkubationstemperatur erwies sich als weniger entscheidend für das Auslösen dieses Erwachens als die Dauer der Exposition gegenüber eisfreien Bedingungen.

Die Auswirkungen auf den Kohlenstoffkreislauf

Die wiedererlangte Aktivität dieser alten Mikroorganismen beeinflusst direkt die Emissionen von Treibhausgasen. Durch den Abbau der im Permafrost konservierten organischen Materie setzen sie Kohlendioxid und Methan in die Atmosphäre frei. Dieser Prozess verwandelt die arktischen Böden, traditionell Kohlenstoffsenken, in potenzielle Emissionsquellen. Die Menge des in diesen gefrorenen Böden gespeicherten Kohlenstoffs wird auf etwa 1500 Milliarden Tonnen geschätzt, fast das Doppelte des in der Atmosphäre vorhandenen Kohlenstoffs.

Die Methanproduktion, ein Gas mit einer 30-mal höheren Erwärmungswirkung als CO2 über ein Jahrhundert, tritt besonders in wassergesättigten Gebieten auf. Methanogene Mikroben, die zur Gruppe der Archaeen gehören, gedeihen in diesen sauerstofffreien Umgebungen. Ihr Erwachen könnte den Treibhauseffekt erheblich verstärken und eine positive Rückkopplungsschleife erzeugen. Klimamodelle haben noch Schwierigkeiten, diesen biologischen Beitrag genau zu quantifizieren.

Die beobachtete Verzögerung zwischen dem Auftauen und der signifikanten mikrobiellen Aktivität bietet eine vorübergehende, aber begrenzte Atempause. Die Verlängerung der warmen Jahreszeiten in der Arktik verkürzt allmählich die Gefrierdauer und ermöglicht es den mikrobiellen Gemeinschaften, ihr volles metabolisches Potenzial zu erreichen. Diese schrittweise Aktivierung erklärt, warum die festgestellten Emissionen nicht unmittelbar auf Hitzeeinbrüche folgen, sondern sich mit der Persistenz positiver Temperaturen verstärken.

Um mehr zu erfahren: Wie überleben Mikroben so lange?

Die kryokonservierten Mikroorganismen verwenden verschiedene Strategien, um Jahrtausende des Gefrierens zu überleben. Einige fallen in einen tiefen Ruhezustand und verlangsamen ihren Stoffwechsel auf fast nicht nachweisbare Werte. Andere produzieren kryoprotektive Verbindungen, die die Integrität ihrer Zellstrukturen bewahren.

Das natürliche Gefrieren im Permafrost erfolgt allmählich, was den Zellen ermöglicht, sich an osmotische Veränderungen anzupassen. Das Fehlen von Sauerstoff in den tiefen Schichten begrenzt auch oxidative Schäden. Diese besonderen Bedingungen erklären das außergewöhnlich lange Überleben.

Der Reaktivierungsprozess erfordert einen schrittweisen Wiederaufbau der Zellfunktionen. Die Membranen müssen ihre Fluidität, die Ribosomen ihre Aktivität und der Stoffwechsel seinen normalen Rhythmus wiedererlangen. Dieser Anlaufprozess erklärt die beobachtete Verzögerung vor der Wiederaufnahme der Aktivität.