Earth Week: Die ungewöhnlichen Überlebensstrategien von Mikroorganismen in jener Wüste – WELT
Wolframelche extremen Wetterbedingungen in Wüstenregionen zu Tage treten können, ließ sich gerade in den Vereinigten Arabischen Emiraten beobachten: Starke Regenfälle setzten die Millionenstadt Dubai unter Wasser, fluteten Straßen und den Flughafen.
Es soll innert Stunden so viel geregnet nach sich ziehen wie sonst intrinsisch von zwei Jahren; von jener größten Niederschlagsmenge seit dem Zeitpunkt Beginn jener Aufzeichnungen im Jahr 1949 war die Rede. Sturzfluten statt Trockenheit, dies bedeutet: Auch winzige Organismen, die in jener Wüste leben, zu tun sein mit so einem Wetterwechsel zurechtkommen.
Vor allem heißt es demgegenüber, dass sie lange Zeit Phasen ohne Wasser ertragen zu tun sein – und dies macht daran angepasste Bodenbakterien z. Hd. die Wissenschaft interessant: Wie trotzen sie Hitze, Strahlung und Trockenheit? Wie überleben die Mikroben, solange bis irgendwann plötzlich Regen fällt? Lässt sich aus deren Strategien vielleicht irgendwas z. Hd. Regionen in den noch gemäßigten Klimazonen derivieren, wo künftig öfters mit anhaltender Trockenheit und wiewohl Starkregen zu rechnen ist?
Trockenheit, Strahlung und Hitze trotzen
Diesen Fragen ging nun ein Team von Mikrobiologen um Dagmar Woebken an jener Universität Wien nachher: Sie sammelten in den Jahren 2017, 2019 und 2021 Bodenproben in jener israelischen Negev-Wüste, wo Niederschläge selten sind und wenn, meist nimmer qua zusammensetzen Tag beilegen.
Gesucht waren Mikroben in jener sogenannten Biokruste, danach den obersten Millimetern solange bis zu etwa einem Zentimeter des Bodens. Denn sie reichern Kohlenstoff und Stickstoff an, zudem helfen sie, Erosion zu verhindern und Wasser zu speichern. Solche Biokrusten bedecken laut Studie rund 30 Prozent aller Trockengebiete, damit zwölf Prozent jener Landoberfläche weltweit.
Wie die Forscher vom Zentrum z. Hd. Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaften nun im Fachjournal „Nature Communications“ berichten, zeigte sich in den Laboranalysen jener Proben, dass nahezu sämtliche darin entdeckten Bakterien eine „All-in“-Strategie jener Reaktivierung verfolgen und rasch „wach werden“. Deshalb können sie selbst kurze Regenphasen optimal nutzen.
„Wenn wir ein Regenereignis im Labor vortäuschen, beobachten wir, dass intrinsisch jener ersten 15 solange bis 30 Minuten so gut wie ganz taxonomischen Gruppen von einem Ruhezustand in zusammensetzen aktiven Zustand übersehen“, erklärt Dimitri Meier, einer jener Studienautoren. Sobald sie durch die Feuchtigkeit reaktiviert werden, beginnen die Bakterien sehr rasch, Energie zu Vorteil verschaffen, Kohlenstoff einzulagern, danach an Biomasse zuzulegen, und ihr Erbgut zu reparieren.
Mikroben, die in den Böden anderer Regionen vorkommen, nötig haben zu diesem Zweck klar länger. Ungewöhnlich ist laut den Forschern außerdem, dass dies Tempo nicht sklavisch von den Verwandtschaftsverhältnissen variierte. Ein großer Teil jener Bakterienzellen in den Biokrusten kann demnach selbst kurze Regenereignisse nutzen, um sich zu regenerieren und hinaus die nächste Trockenheit vorzubereiten.
Die schnelle Wiederbelebung geht doch mit einem langsamen Wachstum einher, mit Replikationszeiten von solange bis zu 471 Tagen wie sie kürzlich in den gemäßigten Zonen und jener Tundra beobachtet wurden. Eine Zellteilung, so Co-Autorin Stefanie Imminger, findet nicht c/o allen statt. Das gelingt im kurzen Aktivitätsfenster von meist nur einem Tag lediglich einem kleinen Teil dieser Mikrofauna, und zwar etwa sieben Prozent. Immerhin zwölf Prozent wären in jener Lage, sich intrinsisch von zwei Tagen zu teilen, in denen die Biokruste klamm bleibt.
„Sie sind ideal individuell, um kurzfristige Änderungen des Wassergehalts im Boden zu überstehen, eine sehr stressige Situation z. Hd. die Zellen“, betont Studienleiterin Woebken. Dadurch könnten sie sowohl zusammensetzen plötzlichen Anstieg des Wassergehalts c/o Regen qua wiewohl dies anschließende Austrocknen überstehen.
Aber anstatt Ruhestadien wie zum Beispiel Sporen zu zusammentragen, scheint die Strategie vieler Biokrusten-Mikroben darauf zu beruhen, die verschiedenen Zellbestandteile während einer Trockenphase durch besondere Mechanismen vor Schäden zu schützen. Dabei spielt Mangan eine wichtige Rolle.
Aufgrund dieses Schutzes von Proteinen und DNA-Molekülen können die Schäden, die während jener Austrocknung zu Tage treten, c/o jener Rehydrierung rasch repariert werden. Das konnten die Forscher an den sogenannten Expressionsmustern jener bekannten Reparaturgene ersehen, sie zeugen von großer Aktivität.
Die Feinanalysen jener Zellaktivitäten nach sich ziehen die Wiener Mikrobiologen mithilfe von „schwerem Wasser“ vorgenommen, dies teilweise mit dem Wasserstoff-Isotop Deuterium versetzt war. Dadurch ließ sich die Aufnahme des Wassers unter Laborbedingungen messen. In jener Wüste sind Regenschauer so selten und von kurzer Dauer wie unvorhersehbar.
Die Mikroorganismen dort sind daran bestens individuell – und davon hängen zahlreiche ökologische Prozesse ab. Wie es demgegenüber anderen mikrobiellen Gemeinschaften im Boden gelingen kann, ihre Funktionen zu gerecht werden, wenn sie zunehmend Trockenstress ausgesetzt sind, ist unklar.
Dieser Artikel ist im Rahmen jener BETTER FUTURE EARTH WEEK von WELT erschienen.
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Source: welt.de