Mikroorganismen in radioaktiven Thermalquellen

Die von Thomas Gold aufgestellte Hypothese über das Vorhandensein einer heißen Biosphäre in großer Tiefe besagt dass, wenn man alles Leben in der Erde bis zu 5 km Tiefe an die Oberfläche bringen würde, eine Schicht von 1,5 m entstehen würde, die die Oberflächen aller Kontinente bedecken und mehr wiegen würde als alle Flora und Fauna zusammen. Diese Biomasse würde hauptsächlich aus Bakterien und Archaea bestehen. Tatsächlich sind in den letzten Jahren zahlreiche Mikroorganismen in großen Tiefen entdeckt worden, wie z.B. in Bohrkernen, in untermeerischen Sedimenten, in Ölreservoiren und in kilometertiefen Gold- und Uranminen. Thermalquellen, die warmes Wasser aus großen Tiefen befördern, sind in Kontakt mit der unterirdischen Biosphäre und können Mitglieder dieser Gemeinschaften an die Oberfläche bringen; sie stellen daher eine Verbindung zwischen Oberfläche und Untergrund dar. Die Thermalquellen von Bad Gastein, einem Ort in den Zentralalpen in der Nähe von Salzburg, sind weit bekannt für ihr Heilwasser, das leicht radioaktiv ist. Insgesamt 17 größere Quellen produzieren täglich 4-5 Millionen Liter Wasser mit einer Temperatur von durchschnitttlich 47C. Mikroskopische Untersuchungen zeigten, dass in den Biofilmen an den Gesteinsoberflächen der Quellen und im Wasser, nach Anheftung an Objektträger, eine beachtliche Vielfalt an Zelltypen vorhanden ist, einige davon offenbar als sehr kleine Formen (Nanobakterien). Analysen von amplifizierten 16S rRNA Genen zeigten die Anwesenheit von zahlreichen Bakterien- und Archeen-Phylotypen, die Ähnlichkeiten zu bekannten Prokaryonten aufwiesen, jedoch in manchen Fällen nur sehr entfernt verwandt waren. Die Fragen nach den Energie- und Kohlenstoffquellen in diesen lichtlosen Umgebungen sind völlig ungeklärt und sollen in diesem Projekt untersucht werden. Speziell eine Archeengruppe, die nicht-thermophilen Crenarchaeota, sind in den Fokus des Interesses gerückt, weil sie überall vorkommen (auch in Thermalquellen) und möglicherweise am globalen Stickstoffzyklus beteiligt sind; sie werden im Detail untersucht werden. Weitere Gruppen sind potentielle Wasserstoffund Methanverwerter sowie ammonium- oder metalloxidierende Mikroorganismen; das Vorhandensein aller dieser Typen kann aufgrund der Sequenzdaten vermutet werden. Kultivierungsversuche der Prokaryonten werden ausgeführt werden; ausserdem werden kulturunabhängige Techniken wie stabile Isotopen-Techniken und Metagenom-Suchen nach funktionellen Genen eingesetzt werden. Es ist zu erwarten, dass Gene für die Enzyme Ammonium-Monooxygenase (amo), Nitratreduktase/n (nir), particuläre Methanmonooxygenase (pmo), und andere, identifiziert werden. Ausserdem werden Proben mittels Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) und EDX (energiedispersive Röntgenstrahlung)- Elektronenmikroskopie untersucht werden, um Korrelationen zwischen Morphotypen mit spezifischen Genen und Elementzusammenstzung zu erhalten. Die Ergebnisse sollten Informationen über den Einfluss von Mikroorganismen auf die geologischen Stoffkreisläufe liefern; ausserdem sollten sie für die Entwicklung von Methoden zur Entdeckung potentieller ausserirdischer Lebensformen nützlich sein, da diese, falls vorhanden, wahrscheinlich unter der Oberfläche von felsigen Planeten oder Monden zu finden sind.

Die von Thomas Gold aufgestellte Hypothese über das Vorhandensein einer "heißen Biosphäre in großer Tiefe" besagt dass, wenn man alles Leben in der Erde bis zu 5 km Tiefe an die Oberfläche bringen würde, eine Schicht von 1,5 m entstehen würde, die die Oberflächen aller Kontinente bedecken und mehr wiegen würde als alle Flora und Fauna zusammen. Diese Biomasse würde hauptsächlich aus Bakterien und Archaea bestehen. Tatsächlich sind in den letzten Jahren zahlreiche Mikroorganismen in großen Tiefen entdeckt worden, wie z.B. in Bohrkernen, in untermeerischen Sedimenten, in Ölreservoiren und in kilometertiefen Gold- und Uranminen. Thermalquellen, die warmes Wasser aus großen Tiefen befördern, sind in Kontakt mit der unterirdischen Biosphäre und können Mitglieder dieser Gemeinschaften an die Oberfläche bringen; sie stellen daher eine Verbindung zwischen Oberfläche und Untergrund dar. Die Thermalquellen von Bad Gastein, einem Ort in den Zentralalpen in der Nähe von Salzburg, sind weit bekannt für ihr Heilwasser, das leicht radioaktiv ist. Insgesamt 17 größere Quellen produzieren täglich 4-5 Millionen Liter Wasser mit einer Temperatur von durchschnitttlich 47 oC. Mikroskopische Untersuchungen zeigten, dass in den Biofilmen an den Gesteinsoberflächen der Quellen und im Wasser, nach Anheftung an Objektträger, eine beachtliche Vielfalt an Zelltypen vorhanden ist, einige davon offenbar als sehr kleine Formen ("Nanobakterien"). Analysen von amplifizierten 16S rRNA Genen zeigten die Anwesenheit von zahlreichen Bakterien- und Archeen- Phylotypen, die Ähnlichkeiten zu bekannten Prokaryonten aufwiesen, jedoch in manchen Fällen nur sehr entfernt verwandt waren. Die Fragen nach den Energie- und Kohlenstoffquellen in diesen lichtlosen Umgebungen sind völlig ungeklärt und sollen in diesem Projekt untersucht werden. Speziell eine Archeengruppe, die nicht- thermophilen Crenarchaeota, sind in den Fokus des Interesses gerückt, weil sie überall vorkommen (auch in Thermalquellen) und möglicherweise am globalen Stickstoffzyklus beteiligt sind; sie werden im Detail untersucht werden. Weitere Gruppen sind potentielle Wasserstoffund Methanverwerter sowie ammonium- oder metalloxidierende Mikroorganismen; das Vorhandensein aller dieser Typen kann aufgrund der Sequenzdaten vermutet werden. Kultivierungsversuche der Prokaryonten werden ausgeführt werden; ausserdem werden kulturunabhängige Techniken wie stabile Isotopen-Techniken und Metagenom-Suchen nach funktionellen Genen eingesetzt werden. Es ist zu erwarten, dass Gene für die Enzyme Ammonium-Monooxygenase (amo), Nitratreduktase/n (nir), particuläre Methanmonooxygenase (pmo), und andere, identifiziert werden. Ausserdem werden Proben mittels Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) und EDX (energiedispersive Röntgenstrahlung)-Elektronenmikroskopie untersucht werden, um Korrelationen zwischen Morphotypen mit spezifischen Genen und Elementzusammenstzung zu erhalten. Die Ergebnisse sollten Informationen über den Einfluss von Mikroorganismen auf die geologischen Stoffkreisläufe liefern; ausserdem sollten sie für die Entwicklung von Methoden zur Entdeckung potentieller ausserirdischer Lebensformen nützlich sein, da diese, falls vorhanden, wahrscheinlich unter der Oberfläche von felsigen Planeten oder Monden zu finden sind.