Antarktis-Bakterien erschüttern Jahrzehnte-Annahme der Mikrobiologie

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Jahrzehntelange Annahme erschüttert: Diese winzigen Lebewesen gibt es nur in der Antarktis

Von: Tanja Banner

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Sie sind winzig – und stellen eine jahrzehntealte Grundannahme der Wissenschaft auf den Kopf. Was Forscher in Antarktis-Erde fanden, verändert alles.

Boulder – Pinguine, Robben, Wale – die Artenvielfalt der Antarktis wird meist mit diesen Tieren verbunden. Doch die wirklich einzigartigen Bewohner des südlichsten Kontinents sind so winzig, dass man sie mit bloßem Auge nicht sehen kann: Forscher der University of Colorado Boulder haben Bakterien entdeckt, die es ausschließlich in antarktischen Böden gibt – und nirgendwo sonst auf der Erde.

Die Entdeckung stellt eine jahrzehntelange Grundannahme der Mikrobiologie, die Baas-Becking-Hypothese, infrage. „Es gibt eine lang bestehende Annahme in der Mikrobiologie, dass ‚alles überall ist‘“, erklärt Nick Dragone, Postdoktorand am Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences (CIRES) und Hauptautor der Studie, die in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht wurde. „Die Antarktis wurde oft als mögliche Ausnahme betrachtet, und unsere Ergebnisse unterstützen diese Idee“, so Dragone weiter.

Manche Antarktis-Bakterien sind einzigartig

Anders als Tiere oder Pflanzen können sich Mikroben über weite Strecken verbreiten – sie werden von Luftströmungen in die Atmosphäre getragen oder reisen mit Meeresströmungen um den Globus. Deshalb gingen Wissenschaftler bisher davon aus, dass Mikroben praktisch überall vorkommen können. Die Antarktis mit ihren extremen Bedingungen schien jedoch ein idealer Ort, um diese Annahme zu testen.

Das Forschungsteam um Dragone und CIRES-Direktor Noah Fierer konzentrierte sich auf Bakterien der Gruppe Arthrobacter, die in Böden von der Antarktis über Colorado bis in die Tropen vorkommen. Die Forscher analysierten Bodenproben aus der Antarktis und verglichen sie mit Proben von ähnlich kalten und trockenen Orten wie dem tibetischen Plateau, Spitzbergen in der Arktis und der Atacama-Wüste in Chile. Insgesamt testeten sie mehr als 100 antarktische Stämme und fast 500 von anderen Orten weltweit.

Antarktis-Bakterienstämme wachsen langsamer und sind besonders widerstandsfähig

In einem ersten Schritt sequenzierten die Wissenschaftler die Genome der Arthrobacter-Stämme aus antarktischen Bodenproben und verglichen deren genomische Merkmale mit denen aus öffentlich zugänglichen Datenbanken von Proben aus aller Welt. Das Ergebnis: 90 Prozent der in der Antarktis gefundenen Stämme existieren in den bisher bekannten globalen Gen-Datenbanken nirgendwo sonst.

In einem zweiten Schritt züchteten die Forscher Arthrobacter-Stämme in Petrischalen im Labor und simulierten dabei die harschen Bedingungen der Antarktis. Dabei zeigte sich: Die antarktischen Stämme wuchsen langsamer, waren aber besonders widerstandsfähig – ein Beleg dafür, dass sie nicht nur endemisch sind, sondern auch einzigartig an das Leben auf dem südlichen Kontinent angepasst.

Bakterien aus der Antarktis haben „eindeutig ihre eigene charakteristische biologische Geschichte“

„Arthrobacter als Gruppe mag überall auf dem Planeten zu finden sein, aber wenn man sich einzelne Stämme genau ansieht, hat die Antarktis – genau wie bei Pinguinen – eindeutig ihre eigene charakteristische biologische Geschichte“, sagt Byron Adams, Professor für Biologie an der Brigham Young University und Co-Autor der Studie.

Die Entdeckung hat auch Konsequenzen für den Schutz der Antarktis. „Man neigt dazu, Biodiversität in Form von Pinguinen, Robben und Walen zu denken, aber das zeigt, dass einige der charakteristischsten Arten der Antarktis mikroskopisch klein sind“, so Adams. „Der Schutz der antarktischen Biodiversität bedeutet auch, die biologische Geschichte zu schützen, die in einer Handvoll Erde enthalten ist.“

Auch an anderen Orten könnte es einzigartige Bakterien geben

Doch dieser Schutz steht vor neuen Herausforderungen: Durch den boomenden Antarktis-Tourismus sowie den Ausbau von Forschungsstationen steigt das Risiko, gebietsfremde Mikroorganismen einzuschleppen. Über Stiefel, Kleidung und Ausrüstung können Besucher unbeabsichtigt fremde Bakterien eintragen, die das sensible, extrem langsam wachsende Ökosystem im Boden bedrohen.

Die Studie öffnet die Tür für weitere Forschung. „Bisher wurden nur wenige endemische Mikroben in sehr spezifischen Umgebungen gefunden“, erklärt Fierer. „Organismen zu finden, die charakteristisch für die Antarktis sind und nur dort vorkommen, legt nahe, dass es auch an anderen Orten solche geben könnte.“ (Quellen: Studie, Mitteilung) (tab)