Entdeckung in der Tiefsee stellt den Ursprung des Lebens in Frage
Eine schottisches Forschungsteam hat lichtlose Sauerstoffproduktion in der Tiefsee nachgewiesen. Das wirft neue Fragen zum Ursprung des Lebens auf. Manganknollen spielen dabei die Hauptrolle.
Selbst in 4000 Metern Tiefe und ohne Licht wird Sauerstoff produziert, Voraussetzung sind Manganknollen wie diese.
Foto: ROV KIEL 6000, GEOMAR
Die Tiefsee war lange Zeit ein weitgehend unerforschtes Gebiet. Kalte Temperaturen, Dunkelheit und Nährstoffarmut machen sie unwirtlich. Daher ging man davon aus, dass diese Regionen nur spärlich besiedelt sind. Doch diese Annahmen sind inzwischen widerlegt. Auch der Sauerstoffgehalt in der Tiefsee galt als gering, da in der permanenten Dunkelheit keine Photosynthese möglich ist, die bisher als wichtigste Sauerstoffquelle galt.
Eine Entdeckung im Pazifik stellt nun den wissenschaftlichen Konsens über die Sauerstoffproduktion und sogar den Ursprung des Lebens in Frage. Ein Team um Prof. Andrew Sweetman von der Scottish Association for Marine Science (SAMS) machte die Entdeckung eher zufällig während einer Expedition in die Clarion-Clipperton-Zone im Zentralpazifik.
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Tests in der Tiefsee zum Manganabbau
Bei ihren Untersuchungen in den für den Tiefseebergbau lizenzierten Gebieten stießen die Wissenschaftler auf eine unerwartete Sauerstoffproduktion in der Dunkelheit. Die Region ist bekannt für ihre Manganknollen, die potenziell wertvolle Rohstoffe enthalten. Deshalb wird intensiv erforscht, wie sich ihr Abbau auf das Ökosystem auswirken könnte.
Für ihre Experimente untersuchten Sweetman und sein Team vor Ort Sedimente und Manganknollen in speziellen Tiefseeprobenkammern. Sie setzten die Proben verschiedenen Bedingungen aus und maßen den Sauerstoffgehalt.
Es geht auch ohne Photosynthese
Die Photosynthese gilt als wichtigster Mechanismus der Sauerstoffproduktion auf der Erde. Pflanzen und Algen nutzen das Sonnenlicht, um Sauerstoff zu produzieren. Das SAMS-Team hat jedoch gezeigt, dass Sauerstoff auch in völliger Dunkelheit produziert wird – am Meeresboden in 4.000 Metern Tiefe.
Prof. Sweetman erklärt: „Bisher dachten wir, dass die Sauerstoffversorgung der Erde mit photosynthetischen Organismen beginnt. Unsere Entdeckung zeigt, dass Sauerstoff auch in der Tiefsee produziert wird. Damit stellt sich die Frage neu: Wo könnte aerobes Leben entstanden sein?
Sensoren des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel halfen bei der Untersuchung des Phänomens, das in überraschendem Gegensatz zu der Tatsache steht, dass Sauerstoff normalerweise von Photosynthese treibenden Organismen mit Hilfe der Energie des Sonnenlichts produziert wird.
Knollen tragen hohe elektrische Ladung
Die Forscher fanden heraus, dass die Manganknollen eine hohe elektrische Ladung tragen. Diese kann zur Elektrolyse von Meerwasser führen, wobei Wasserstoff und Sauerstoff entstehen. Für die Elektrolyse sind nur 1,5 Volt notwendig – die gleiche Spannung wie bei einer AA-Batterie. Messungen an den Knollen ergaben Spannungen von bis zu 0,95 Volt. Wenn diese Knollen geballt auftreten, können erhebliche Spannungen auftreten. Und es wird jede Menge Sauerstoff produziert.
Prof. Sweetman betont, dass weitere Untersuchungen notwendig sind, um die Sauerstoffproduktion während der Tiefseebergbauaktivitäten zu verstehen und zu bewerten, wie die Sedimentstörung den Prozess beeinflussen könnte. „Diese Entdeckung wirft viele Fragen auf. Wir müssen genau überlegen, wie wir diese Knollen abbauen, die wie Batterien im Gestein wirken“, sagt er.
Erster Gedanke: Sensoren sind defekt
Als die Forscher die ungewöhnlichen Sauerstoffwerte erstmals erhielten, vermuteten sie defekte Sensoren. Nach der Kalibrierung und Überprüfung mit alternativen Methoden wurde jedoch klar, dass die Daten korrekt waren. „Wir waren einer bahnbrechenden Entdeckung auf der Spur“, so Sweetman.
In diesem Zusammenhang brachte Tobias Hahn, Doktorand am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, seine Expertise zu einem speziellen Typ von Sauerstoff-Optoden-Sensoren ein. Um methodische Unsicherheiten auszuschließen und mögliche Sensorfehler zu untersuchen, kalibrierte Hahn die Sensoren, verarbeitete die Daten und analysierte sie sorgfältig.
„Durch unseren Austausch haben wir eine Datenqualität sichergestellt, die über die typischen Messunsicherheiten hinausgeht und das individuelle Drift- und Druckverhalten der Sensoren mit einbezieht“, so der chemische Ozeanograph. „Ich war erstaunt über die Ergebnisse und gleichzeitig erleichtert, die Qualität und Validität der Daten der Sauerstoff-Sensoren, die während der ersten Feldkampagnen gewonnen wurden, erneut zu bestätigen. Gleichzeitig konnte ich weitere Ratschläge für den Umgang mit diesem Sensor bei künftigen Einsätzen geben.“
Spannende Entdeckung wirft Fragen auf
SAMS-Direktor Prof. Nicholas Owens sagte: „Meiner Meinung nach ist dies eine der aufregendsten Entdeckungen in der Ozeanforschung der letzten Zeit“. Die Entdeckung der Sauerstoffproduktion durch die Manganknollen wirft aber auch neue Fragen zum Tiefseebergbau auf.
„Die Vielfalt der tierischen Arten in den knollenreichen Gebieten ist höher als in den artenreichsten tropischen Regenwäldern“, sagt Geiger. Die jetzt entdeckte Sauerstoffproduktion könnte ein Grund dafür sein. Ein Entfernen der Knollen könnte die Tiefsee-Ökosysteme stärker schädigen als bisher angenommen. „Diese Möglichkeit erfordert ein radikales Umdenken“, fügt er hinzu.
Hier geht es zur Originalpublikation auf Nature Geoscience.
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