Leben am energetischen Limit: Ein neues Konzept zur mikrobiellen Genügsamkeit im Grundwasser
Eine aktuelle Übersichtsarbeit von Forschenden der Friedrich-Schiller-Universität Jena und der Linnaeus Universität Schweden, veröffentlicht in Nature Microbiology, beschäftigt sich mit der Frage, wie Mikroorganismen unter extrem energiearmen Bedingungen überleben können. Prof. Dr. Kirsten Küsel und Prof. Dr. Mark Dopson stellen darin das Konzept der „mikrobiellen Genügsamkeit“ (engl. microbial frugality) vor, das beschreibt, wie Mikroorganismen im Grundwasser trotz minimaler Energie- und Nährstoffverfügbarkeit zentrale biogeochemische Prozesse aufrechterhalten.
Mikrobielle Lebensgemeinschaften im Untergrund
In Grundwasserleitern, Gesteinsporen und tiefen Felsspalten existieren umfangreiche mikrobielle Gemeinschaften, die ohne Sonnenlicht und mit nur begrenzten Nährstoffen auskommen müssen. Prof. Küsel, Sprecherin des Exzellenzclusters „Balance of the Microverse“, und Prof. Dopson fassen in ihrer Arbeit zusammen, wie diese Mikroorganismen über lange Zeiträume hinweg unter solchen extremen Bedingungen überleben können.
Das Konzept der mikrobiellen Genügsamkeit
Im Fokus der Studie steht das Konzept der mikrobiellen Genügsamkeit, das evolutionär entstandene Mechanismen beschreibt, mit denen Mikroorganismen ihren Energieverbrauch auf ein Minimum reduzieren und Ressourcen effizient nutzen. Diese Anpassungen ermöglichen es ihnen, auch bei chronischem Energiemangel dauerhaft aktiv zu bleiben.
Die Autoren analysierten zahlreiche internationale Studien zu Grundwasserökosystemen und integrierten deren Ergebnisse in einen einheitlichen konzeptionellen Rahmen. Dabei zeigte sich, dass Mikroorganismen weltweit vergleichbare Strategien entwickelt haben, um unter dauerhaftem Energie- und Nährstoffmangel zu bestehen.
Strategien zum Überleben am energetischen Limit
- Langsames Wachstum und flexible Nutzung verschiedener Energiequellen
- Abhängigkeit von engen Stoffwechselpartnerschaften mit anderen Mikroorganismen
- Energiesparende Bereitschaftszustände, die schnelle Reaktionen auf Nährstoffeinträge ermöglichen
- Mobilisierung gespeicherter Energiereserven bei Bedarf
Diese Merkmale erlauben es den Mikroorganismen, in einem Lebensraum zu bestehen, der lange Zeit als nahezu unbewohnbar galt. „Grundwasser-Mikroorganismen leben dauerhaft am energetischen Limit“, erläutert Prof. Küsel. „Ihre evolutionären Anpassungen sichern ihre Aktivität auch unter chronischem Energiemangel über lange Zeiträume.“
Relevanz für Umwelt und Klimaschutz
Die Erkenntnisse haben weitreichende Bedeutung über die Mikrobiologie hinaus. Grundwasser stellt das größte flüssige Süßwasservorkommen der Erde dar und ist für Milliarden Menschen die wichtigste Trinkwasserquelle. Die dort lebenden Mikroorganismen beeinflussen zentrale biogeochemische Kreisläufe, indem sie Kohlenstoff binden, Methan abbauen sowie Stickstoff-, Schwefel- und Eisenverbindungen umsetzen. Dadurch tragen sie wesentlich zur chemischen Stabilität der Grundwasserökosysteme und zur Regulierung klimarelevanter Gase bei.
Das vorgestellte Rahmenkonzept bietet eine wichtige Grundlage, um die Rolle des Grundwassers in globalen Stoffkreisläufen, der Wasserqualität und im Klimasystem besser zu verstehen. „Diese Mikroorganismen zählen zu den verborgensten, aber zugleich bedeutendsten Akteuren unseres Planeten“, betont Prof. Küsel. „Ein umfassendes Verständnis und Schutz der Grundwasserressourcen erfordert daher auch die Berücksichtigung dieser Lebensgemeinschaften, die im Untergrund unter dauerhaftem Energiemangel existieren.“
Wissenschaftliche Ansprechpartner
Juliane Seeber
Exzellenzcluster „Balance of the Microverse“
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Rosalind-Franklin-Straße 5, 07745 Jena
Telefon: +49 3641 9-416203
E-Mail: juliane.seeber@uni-jena.de
Prof. Dr. Kirsten Küsel
Institut für Biodiversität, Ökologie und Evolution
Friedrich-Schiller-Universität Jena
Rosalind-Franklin-Straße 5, 07745 Jena
Telefon: +49 3641 9-49461
E-Mail: kirsten.kuesel@uni-jena.de
Originalpublikation
Kirsten Küsel, Mark Dopson: „Groundwater microbial communities across the terrestrial subsurface“, Nature Microbiology, 2026, DOI: 10.1038/s41564-026-02427-y
