Schlick unter Strom

Mittwoch, 24. Februar 2010, 19:02 • Rubrik Biologie, Chemie.

Bakterien im Meeresboden stehen über einen “elektrischen Schnorchel” mit dem Meerwasser in Verbindung. Diesen Schluss legen Messungen dänischer und japanischer Forscher nahe. In sauerstofffreien Sedimentschichten freigesetzte Elektronen fließen demnach über größere Strecken aufwärts und reagieren mit dem Sauerstoff in besser durchlüfteten Schichten.

Lars Peter Nielsen untersucht die Bedingungen im Sediment mit einem Mikrosensor. Foto: Nils Risgaard-Petersen

Auf Umweltveränderungen reagiert dieser Stromfluss zu rasch, als dass er allein auf diffundierenden Teilchen beruhen könnte, berichten die Mikrobiologen um Lars Peter Nielsen von der Universität Århus im Magazin “Nature”. Sie vermuten vielmehr, dass die Elektronen durch ein Netzwerk aus Bakterien und Mineralpartikeln fließen, das sich allmählich im Sediment bildet.

Im Sediment bilden sich im Laufe der Zeit regelrechte Stockwerke, erkennbar an der Farbe, in denen unterschiedlichen Bedingungen herrschen. Foto: Nils Risgaard-Petersen

“Die vorherrschende Ansicht war, dass zwei Substanzen in direktem Kontakt stehen müssen, um miteinander reagieren zu können”, so Nielsen. Die neuen Resultate zeigten jedoch, dass der Kontakt auch durch natürliche Stromleiter vermittelt werden könne. Wenn man die Stoff- und Energieflüsse der Erde verstehen wolle, müsse man derartige Systeme berücksichtigen.

Die Forscher kamen dem Phänomen auf die Spur, als sie Sedimentproben aus dem Meer vor Århus im Labor studierten. In dem Material wurde laufend Schwefelwasserstoff als bakterielles Stoffwechselprodukt gebildet. Lag das Sediment unter sauerstoffreichem Wasser, bildete sich darin im Laufe von Wochen eine zentimeterdicke Zone, die weder Sauerstoff noch Schwefelwasserstoff enthielt. Wurde dem Wasser nun der Sauerstoff entzogen, dehnte sich diese Zone binnen Stunden um einige Zentimeter gen Sedimentoberfläche aus. Bei erneuter Zugabe von Sauerstoff wich sie ebenso rasch wieder zurück.

Ein Ausschlag des pH-Werts und weitere Beobachtungen lassen vermuten, dass nahe der Sedimentoberfläche laufend Sauerstoffmoleküle mit Elektronen und Protonen zu Wasser reagierten. Den Berechnungen Nielsens und seiner Kollegen zufolge, stammte mindestens ein Drittel der Elektronen aus der Oxidation von Schwefelwasserstoff zu Schwefel in tieferen Sedimentschichten. Die zugehörige Stromdichte ist mit Werten von bis zu 86 Milliampere pro Quadratmeter Sedimentfläche um Größenordnungen zu hoch für einen lediglich durch Diffusion vermittelten Elektronentransport.

Forschung: Lars Peter Nielsen und Nils Risgaard-Petersen, Biologisk institut und Center for geomikrobiologi, Aarhus universitet, Århus; Mikio Sayama, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Tsukuba; und andere

Veröffentlichung Nature, Vol. 463, 25. Februar 2010, pp 1071-4, DOI 10.1038/nature08790

WWW:
Mikrobiologi, Aarhus universitet
Global Environment Study Group, AIST
Electrifying Bacteria!

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