Mikroorganismen beeinflussen aktiv die Gestaltung des Meeresbodens
Heiße Fluide aus dem Erdinneren prägen seit Millionen von Jahren die Beschaffenheit des Ozeanbodens. Eine aktuelle Untersuchung eines internationalen Forscherteams unter Leitung von Dr. Joely Maak vom MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen belegt, dass Mikroorganismen dabei eine wesentliche Rolle einnehmen. An einem 2023 entdeckten Hydrothermalsystem in mittleren Wassertiefen zwischen 100 und 250 Metern vor der griechischen Insel Milos konnten die Wissenschaftler nachweisen, wie unterschiedliche Intensitäten des hydrothermalen Fluidflusses mikrobielle Stoffwechselprozesse und folglich die Mineralbildung beeinflussen.
Untersuchung hydrothermaler Systeme vor Milos
Im August 2023 startete das deutsche Forschungsschiff METEOR unter Leitung von Dr. Solveig Bühring die Expedition M192 mit dem Ziel, bisher unbekannte Hydrothermalsysteme vor der Insel Milos zu erkunden. Die anschließende Studie zeigt, dass die Intensität des Fluidflusses entscheidend die Zusammensetzung mikrobieller Gemeinschaften und die Mineralbildung am Meeresboden steuert.
In der Region um Milos treten verschiedene Formen hydrothermaler Aktivität nahe beieinander auf: von langsam diffundierenden Fluiden bis hin zu heißen, stark austretenden Quellen. „Diese unterschiedlichen Fluidtypen schaffen jeweils spezifische Lebensräume für Mikroorganismen“, erläutert Dr. Joely Maak. Bei langsamem Fluidfluss dringt Meerwasser tief in die Sedimente ein und bringt gelöstes Sulfat mit, das von sulfatreduzierenden Mikroorganismen genutzt wird. Diese fördern die Bildung von Pyrit im Sediment. Dagegen fehlen in Bereichen mit starkem Aufstrom sulfatreiche Meerwasseranteile. Dort dominieren schwefeloxidierende Bakterien an der Grenzfläche zwischen reduziertem Fluid und sauerstoffhaltigem Meerwasser, was zur Bildung elementaren Schwefels führt.
Mineralbildung als Ergebnis biologischer und geologischer Prozesse
Traditionell wurde die Mineralbildung in aktiven Hydrothermalsystemen hauptsächlich geologischen Prozessen zugeschrieben. Die aktuelle Studie zeigt jedoch, dass Mikroorganismen diesen Prozess aktiv mitgestalten. Als erste umfassende Analyse der neu entdeckten Hydrothermalsysteme nach deren Erstbeschreibung Ende 2025 in „Scientific Reports“ bildet diese Arbeit die Grundlage für weitere Forschungen in diesen besonderen Lebensräumen, so Projektleiter Dr. Marcus Elvert.
Methodische Vorgehensweise und interdisziplinäre Zusammenarbeit
Zur Identifikation der verschiedenen mikrobiellen Stoffwechselwege kombinierten die Forschenden mehrere analytische Verfahren: Isotopenanalysen einzelner Fettsäuren, Mineraluntersuchungen, Schwefelisotopenanalysen sowie die Geochemie der Porenwässer. Erst durch diese integrative Methodik konnte die enge Verknüpfung biologischer und geologischer Prozesse nachgewiesen werden.
Das interdisziplinäre Team setzte sich aus Experten der Geomikrobiologie, Mineralogie und Geochemie zusammen, darunter Clemens Röttgen, Birte Winkelhues, Eirini Anagnostou, Solveig I. Bühring, Andrea Koschinsky, Jianlin Liao, Harald Strauss, Christoph Vogt, Wolfgang Bach, Enno Schefuß und Marcus Elvert. Die Kombination ihrer Fachkompetenzen ermöglichte eine umfassende Analyse der Wechselwirkungen zwischen Fluidfluss, mikrobieller Aktivität und Mineralbildung.
Einbettung in den Exzellenzcluster „Der Ozeanboden“
Die Studie ist Teil der Forschungsaktivitäten des Exzellenzclusters „Der Ozeanboden – Unerforschte Schnittstelle der Erde“. Ziel des Clusters ist es, die Ökosysteme des Ozeanbodens unter sich verändernden Umweltbedingungen sowie zentrale biogeochemische Stoffkreisläufe, insbesondere den Kohlenstoffkreislauf, besser zu verstehen.
Die Ergebnisse basieren auf Proben und Daten der Expedition M192 des Forschungsschiffs METEOR III. Obwohl die METEOR III nach fast vier Jahrzehnten ihren Forschungsbetrieb eingestellt hat, liefern ihre Expeditionen weiterhin wertvolle wissenschaftliche Erkenntnisse über bisher unbekannte Prozesse am Meeresboden.
Beteiligte Institutionen
- MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften, Universität Bremen, Deutschland
- Fachbereich Geowissenschaften, Universität Bremen, Deutschland
- School of Science, Constructor Universität Bremen, Deutschland
- Faculty of Geology and Geoenvironment, National and Kapodistrian University of Athens, Griechenland
- European Synchrotron Radiation Facility, Frankreich
Über das MARUM
Das MARUM erforscht die Rolle des Ozeans und des Meeresbodens im globalen Erdsystem. Die Dynamik dieser Systeme wird durch komplexe Wechselwirkungen geologischer, physikalischer, biologischer und chemischer Prozesse bestimmt, welche Klima und Kohlenstoffkreislauf beeinflussen und einzigartige biologische Lebensräume schaffen. Das MARUM betreibt grundlagenorientierte Forschung mit gesellschaftlicher Verantwortung und stellt seine wissenschaftlichen Daten öffentlich und frei zugänglich zur Verfügung. Zudem informiert es die Öffentlichkeit über neue Erkenntnisse und fördert den Dialog zur Entwicklung von Handlungswissen. Kooperationen mit Industriepartnern erfolgen unter Wahrung des Ziels des Meeresschutzes.
Kontakt für wissenschaftliche Rückfragen
Dr. Joely Maak
MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften, Universität Bremen
Telefon: 0421 218 65585
E-Mail: jmaak@marum.de
Originalpublikation
Joely Marie Maak et al.: Impact of fluid flow on bacterial carbon and sulfur cycling, mineral precipitation, and transformation in hydrothermal sediments off the coast of Milos. JGR: Biogeosciences (2026). https://doi.org/10.1029/2026JG009869
Diese Veröffentlichung erscheint in der Sonderausgabe „Microbial Geochemistry, Chemical Geobiology, and Geobiochemistry: Integrated Approaches to Understanding the World Around Us – A Tribute to Jan Amend“, die interdisziplinäre Forschung an der Schnittstelle von Geologie, Mikrobiologie und Chemie würdigt.
