Wissenschaftler veranstalten am Samstag Protestmärsche auf der ganzen Welt

Die heißen Quellen des Yellowstone-Nationalparks mögen extreme Umgebungen sein, aber sie beherbergen eine Vielzahl von Mikroben, die Licht auf die Entwicklung des Lebens auf der Erde werfen könnten und vielleicht, was auf entfernten Planeten lauert.

Während das photosynthetische Leben die hohen Temperaturen heißer Quellen nicht vertragen kann, sind Mikroorganismen, die chemosynthetisch sind - dh sie verlassen sich ausschließlich auf Chemikalien und nicht auf Sonnenschein als Energiequelle - dort gut. Viele dieser eigenartigen Mikroben gelten als die nächsten modernen Verwandten des frühesten Lebens auf unserem Planeten.

"Chemosynthetische Mikroorganismen liefern nützliche Modelle, um zu verstehen, wie das Leben in außerirdischen Systemen weiterbestehen kann, wie zum Beispiel im Untergrund Europas, wo Lichtenergie nicht verfügbar ist, aber reichliche Quellen chemischer Energie sein könnten", sagt Daniel Colman, Geomikrobiologe in Montana Staatliche Universität in Bozeman. [Blutmond über Yellowstones Old Faithful Wows Photographer]

Im Jahr 2014 sammelten Colman und seine Kollegen Proben aus chemosynthetischen mikrobiellen Gemeinschaften in 15 heißen Quellen im Yellowstone National Park. Heiße Quellen sind komplexe Umgebungen, in denen die Verfügbarkeit von Nährstoffen stark variiert, selbst in der gleichen heißen Quelle. Colman analysierte, wie diese Variationen die Arten von chemosynthetischen Gemeinschaften beeinflussen könnten, die an irgendeinem gegebenen Punkt existieren könnten.

Colman und sein Team haben ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift FEMS Microbiology Ecology in dem Artikel "Ökologische Differenzierung in planktonischen und sediment-assoziierten chemotrophischen mikrobiellen Populationen in Yellowstone-Thermalquellen" detailliert beschrieben.

Die Forscher untersuchten Mikroorganismen, die entweder planktonisch, also freischwimmend oder im Sediment leben, und untersuchten dann die Chemie des Wassers und die Mineralogie der Sedimente.

Sie konzentrierten sich auf Substanzen, die als Oxidantien bekannt sind und Organismen helfen, Energie durch Strippen von Elektronen aus Nährstoffen zu gewinnen. Während Menschen und viele andere Organismen auf Sauerstoff als ihr primäres Oxidationsmittel angewiesen sind, verlassen sich chemosynthetische Mikroben auf andere Oxidationsmittel, die weniger Energie liefern, wie etwa Formen von Eisen und Schwefel, die oxidiert werden (oxidierte Materialien haben Elektronen verloren).

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass planktonische Gemeinschaften in Yellowstone von Bakterien dominiert werden, die Mikroaerophile sind, die Sauerstoff benötigen, um zu überleben, aber bei Konzentrationen, die niedriger sind als in der Erdatmosphäre. Im Gegensatz dazu wurden Sedimentgemeinschaften in Yellowstone von chemosynthetischen Mikroben dominiert, die auf anorganische Substanzen wie elementaren Schwefel oder oxidiertes Eisen als Oxidationsmittel angewiesen sind.

Diese Ergebnisse beleuchten, wie und warum sich Mikroben in heißen Quellen in Sedimenten von denen im Wasser unterscheiden. Mikroben, die in Wasser leben, das der Luft ausgesetzt und mit ihnen vermischt wurde, können Sauerstoff aus der Luft als Oxidationsmittel verwenden, während Mikroben in Sedimenten, die wahrscheinlich sauerstoffarm sind, mit anderen Arten von Oxidantien auskommen müssen. Die Forscher erwarten, dass das frühe Leben auf der Erde durch die Verfügbarkeit von Oxidantien begrenzt war und mit dem, was um sie herum war, auskommen musste. Das Gleiche könnte auch für das Leben anderswo im Universum gelten.

"Wenn man die gegenwärtigen Verteilungen von Mikroorganismen in Bezug auf Umweltfaktoren versteht, kann man eine Vorstellung davon bekommen, wie sich das Leben als Reaktion auf sich verändernde Umweltbedingungen über die Erdgeschichte und über die Geschichte der Lebensentwicklung entwickelt hat", sagte Colman.

Colman ist besonders an den mikrobiellen Gemeinschaften unter der Oberfläche von Yellowstone interessiert, da sie in gewisser Weise an Orte wie Europa an außerirdische Umgebungen erinnern können. Über die Beschaffenheit oder gar Existenz einer oberflächennahen Hochtemperatur-Biosphäre im Yellowstone National Park ist nichts bekannt, da in den Nationalparks keine Bohrungen jeglicher Art erlaubt sind.

Die NASA interessiert sich für diese Forschung, weil ein Verständnis des Lebens in den heißen Quellen von Yellowstone das Licht auf die Lebenserwartung in außerirdischen Umgebungen mit ähnlich hoher Temperatur und hohem Druck und geringem Nährstoffgehalt wirft, sagte Colman. "Diese Umgebungen sind in der Astrobiologieforschung zu wenig erforscht, bieten aber enorme Vorteile als zugängliche Analoga für außerirdische bewohnbare Umgebungen, die auf Enceladus, Mars oder Europa vorhanden sein könnten", sagte Colman.

Zum Beispiel, so wie die Sedimente von Yellowstones heißen Quellen sauerstoffarm sind, "würden wir erwarten, dass das Leben in anderen Umgebungen des Planetenbodens wahrscheinlich von einem chronischen Mangel an Oxidantien, wie Sauerstoff, geplagt wird und mit Oxidationsmitteln auskommen müsste das liefert weniger Energie ", sagte Colman.