Mikrobielle Überlebenskünstler

Nachgewiesen: Leben ohne Wasser

Es sieht aus wie auf dem Mars: Die Atacama-Wüste, die sich nahe der Pazifikküste Chiles rund 1200 Kilometer entlangzieht, ist der trockenste Ort der Erde außerhalb der Polarregionen. Oft fällt dort jahrzehntelang kein einziger Regentropfen. Und dennoch: auch in dieser unwirtlichen Region gibt es Leben. Es harrt dort in den Salz- und Staubkrusten aus, toleriert Sauerstoff-, Wasser- und Nahrungsmangel – und erwacht, wenn minimale Feuchtigkeitsmengen auftreten.

Eine internationale Forschergruppe rund um den Astrobiologen Prof. Dr. Dirk Schulze-Makuch von der TU Berlin hat in dem „Atacama – Dry Limit of Life Project“ drei Jahre lang methodologisch aufwändige Untersuchungen durchgeführt, und in verschiedenen Erdschichten Bakterien und andere Zellverbände nachgewiesen, die in ihren Stoffwechselaktivitäten jahrelange Pausen einlegen können, ohne zu sterben. Ihre Ergebnisse und Untersuchungsmethoden beschreiben die Forscher*innen in einem Artikel der amerikanischen Fachzeitschrift PNAS, der diese Woche erscheint.

Feldforschung in Chile: Marsähnliche Landschaft in der chilenischen Atacama-Wüste, nahe der Probenentnahmestelle Yungay. (Bild: TU Berlin / Atacama-Project)

„Die Atacama-Wüste sieht nicht nur so aus wie die Marsoberfläche, auch die Umweltbedingungen sind bis zu einem gewissen Grad vergleichbar“, erklärt Dirk Schulze-Makuch. „Das war ein wesentliches Kriterium für die Auswahl dieses Ortes für die Feldforschung.“ Der TU-Forscher, Astronom und Mikrobiologe, beschäftigt sich mit der Suche nach den Grenzen des Lebens, mit der Frage, ob es außerhalb unserer Erde habitable, also bewohnbare Zonen auf anderen Planeten gibt. Das Atacama-Projekt wurde zum großen Teil aus einem Forschungspreis des Europäischen Forschungsrates, dem ERC-Grant, finanziert, mit dem er 2013 an die TU Berlin kam.

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Jahrzehntelange Pausen
Insgesamt drei Expeditionen unternahm die Forschungsgruppe nach Chile. Die erste Probenentnahme auf der Oberfläche und aus tieferen Schichten fand im April 2015 statt. Immer wieder stießen die Forscher auf Zellen und DNA, aber es musste geklärt werden: Woher kommt dieses Material? Sind dies durch atmosphärische Verwirbelungen eingetragene Zellen aus anderen Regionen, die dort langsam sterben? Oder wurden die mikrobiologischen Organismen sogar durch menschliche Kontamination eingebracht? Oder ist diese Extremwüste tatsächlich noch ein Habitat?

Dirk Schulze-Makuch und seine Kolleg*innen konnten aktive Bakterien finden, einige die sich sogar teilten. Allerdings fand die Probenentnahme nur kurze Zeit nach einem durch das Klimaphänomen El Niño hervorgerufenen Regenfall statt, dem ausgiebigsten seit Beginn der Aufzeichnungen 1978. Es gab in den folgenden Jahren zwei weitere Expeditionen mit Probenentnahmen an sechs verschiedenen, viele Kilometer auseinanderliegenden Orten in der Wüste. Aufwändige Feuchtigkeitsmessungen, DNA-Untersuchungen und andere innovative Messmethoden ergaben dabei eine teils große Vielfalt an Spuren, Biomarkern, von Bakterien, Pilzen und anderen DNA-haltigen stoffwechselaktiven Einzellern. Offenbar sind diese in der Lage, schon mit nur extrem wenig Wasserzufuhr, zum Beispiel aus Nebel, der vom Meer herzieht, oder Absonderungen unterirdischer Kristalle und Mineralien, ihren Stoffwechsel zu aktivieren, sich zu vermehren und beim vollständigen Fehlen dieser Bestandteile wieder über Jahre „einzuschlummern“.

„Auf dem Mars fällt natürlich kein Regen“, so Schulze-Makuch. „Aber es gibt auch dort flüssiges Wasser in Form von Wasserfilmen auf Mineralen, Nebel, Grundwasser und sogar ab und zu durch nächtlichen Schneefall. Insofern kann die hyper-aride Kernzone der Atacama-Wüste, in der wir ein vorübergehend bewohnbares Habitat mit kurzzeitig aktiven Mikroben entdeckt haben, als Arbeitsmodell für den Mars gelten. Darüber hinaus gibt es mit unseren Ergebnissen ausreichend Grund zu der Annahme, dass entsprechendes Leben auf dem Mars gefunden werden kann.“

Wesentliche Beiträge von deutschen Forschungsgruppen wurden geleistet von den Arbeitspartnern unter der Leitung von Dirk Wagner und Kai Mangelsdorf am GeoForschungsZentrum Potsdam, Mark Gessner und Hans-Peter Grossart am IGB Leibniz-Institut, Michael Schloter und Philip Schmitt-Kopplin am HMGU Helmholtz Zentrum München, Rainer Meckenstock und Alexander Probst von der Universität Duisburg-Essen, Frank Keppler von der Universität Heidelberg, Jean-Pierre de Vera vom DLR, und Lars Wörmer von der Universität Bremen.

Die Publikation „Transitory Microbial Habitat in the Hyperarid Atacama Desert“ ist online verfügbar unter:

https://doi.org/10.1073/pnas.1714341115

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