Biologische Reinigung 29.08.2019, 07:00 Uhr

Erdöl wird am Meeresboden zu Gas – durch Mikroben

Jahr für Jahr tritt Erdöl bei der Förderung oder beim Transport aus. Die Folgen sind für marine Ökosysteme verheerend. Eine Mikrobe baut das zähflüssige Material zu Gasen ab, berichten Wissenschaftler.

Tauchfahrzeug

Ein Tauchfahrzeug sammelt Sedimentproben an Stellen mit Ölaustritt.

Foto: Marum

Ende Juli sind vor der chilenischen Küste rund 40.000 Liter Öl ins Meer gelangt. Behördenangaben zufolge soll es beim Bergbau- und Stahlkonzern CAP zu einem Zwischenfall gekommen sein. Das Gebiet ist bei Biologen vor allem aufgrund seines Artenreichtums bekannt. Einmal mehr stellt sich die Frage, wie man Ölverschmutzungen im Meer möglichst ohne den Einsatz von Chemikalien oder schweren Geräten beseitigen kann.

Forscher des Bremer Max-Planck-Instituts für marine Mikrobiologie und des Marum (Zentrum für Marine Umweltwissenschaften) haben eine mögliche Lösung entdeckt: Mikroben, die zähflüssiges Öl in die Gase Methan und Kohlendioxid verwandeln.

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Mikroorganismen an natürlichen Ölaustritten 

Das Team arbeitete jedoch nicht an einer Stelle mit anthropogener, also durch Menschen verursachte Ölverschmutzung. Vielmehr untersuchten Wissenschaftler sogenannte Seeps, also Sickerquellen, am Meeresboden. Natürliche Erdölreservoirs befinden sich manchmal nur knapp unter dessen Oberfläche, bedeckt von einigen Schichten mit Sedimentgestein. Über Risse steigt das organische Material langsam nach oben und wird, wie die Forscher berichten, zersetzt.

Von dieser besonderen Energiequelle leben nämlich einige Mikroorganismen. Nur welche Vertreter sind hier zu finden? Um das zu klären, sammelten die Wissenschaftler im Golf von Mexiko Sedimentproben vom Chapopote Knoll, einem Öl- und Gasaustritt in 3.000 Metern Tiefe. Ein Tauchroboter inklusive Greifarm half ihnen dabei. Nach ihrer Rückkehr ging es ins Labor.

Zwei unterschiedliche Enzyme bauen Öl ab

Bislang war bekannt, dass vor allem sogenannte Archäen Öl zersetzen. Sie gelten neben den Bakterien und den Prokaryoten (sprich Menschen, Tieren und Pflanzen) als eigenständige, recht urzeitliche Lebensform. Sie sind in ökologischen Nischen wie heißen Quellen oder eben an Ölaustritten zu finden. Auf dem Meeresboden selbst konnte Methanoliparia identifiziert werden: eine Archäe, auch als Urbakterium bekannt, die speziell aus flüssigen Kohlenwasserstoffen ihre Energie gewinnt. Bei der chemischen Reaktion entstehen daraus Methan und Kohlendioxid, also zwei flüchtige Produkte, die entweichen. Sauerstoff wird dafür nicht benötigt.

Und Methanoliparia hat, wie die Meeresbiologen jetzt herausfanden, interessante Werkzeuge innerhalb ihres Stoffwechsels. Es gibt spezifische Enzyme, die kettenförmige Kohlenwasserstoffe abbauen, wobei Kohlendioxid entsteht. Andere führen zur Bildung von Methan aus Erdöl. Beide Reaktionen scheinen theoretisch auch getrennt abzulaufen.

Öltröpfchen als Biotop

Damit nicht genug: „Im Mikroskop konnten wir zeigen, dass Methanoliparia an Öltröpfchen haftet“, erzählt Gunter Wegener vom Max-Planck-Instituts für marine Mikrobiologie. „Wir fanden keine Hinweise, dass es Bakterien oder andere Archäen als Partner braucht.“

Im nächsten Schritt untersuchten sie Proben früherer Expeditionen mit Technologien der Molekularbiologie. Methanoliparia hat – wie jeder Organismus – ein charakteristisches Erbgut. Tatsächlich war die Mikrobe in der Nähe vieler Erdöllagerstätten zu finden. Sie könnte erdgeschichtlich eine wichtige Rolle bei der Umwandlung von Erdöl in Methan gespielt haben. Methan, ein starkes Treibhausgas, ist mehr als 25-mal stärker als Kohlendioxid und spielte vor allem in früheren Perioden eine Rolle.

Methan: Ein häufig übersehenes Treibhausgas

Ihr theoretisches Wissen wollen die Forscher jetzt praktisch nutzen. „Wir haben nun den genomischen Nachweis und Bilder von der weiten Verbreitung und den erstaunlichen Fähigkeiten von Methanoliparia“, so Wegener. „Aber wir können sie noch nicht im Labor züchten.“ Daran wird jetzt gearbeitet – und die Biologen haben gleich mehrere Ideen für Anwendungen. Recht naheliegend könnte die Mikrobe dabei helfen, kontaminierte Regionen am Meeresboden zu reinigen, ohne dass Chemikalien oder Bagger zum Einsatz kommen.

Da Enzyme, wie sie in Methanoliparia vorkommen, generell beide Richtungen chemischer Reaktionen katalysieren, könnte man aus Methan vielleicht auch flüssige Kraftstoffe gewinnen: ein mehr als sinnvoller Prozess. Methan ist nämlich das nach Kohlendioxid wichtigste Treibhausgas und daher mitursächlich für die globale Erwärmung. Seit 5 Jahren steigen die Methanemissionen auf globaler Ebene wieder an. Die Gründe sind unklar, wobei natürliche und anthropogene Quellen infrage kommen. Messungen legen nahe, dass sich in den Tropen und mittleren Breiten der nördlichen Hemisphäre Veränderungen vollziehen, die zur Freisetzung führen.

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Ein Beitrag von:

  • Michael van den Heuvel

    Michael van den Heuvel hat Chemie studiert. Unter anderem arbeitet er für Medscape, DocCheck, für die Universität München und für pharmazeutische Fachmagazine. Seit 2017 ist er selbstständiger Journalist und Gesellschafter von Content Qualitäten. Seine Themen: Chemie/physikalische Chemie, Energie, Umwelt, KI, Medizin/Medizintechnik.

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