Mikroorganismen gestalten den Meeresboden aktiv mit
Heiße Fluide aus dem Erdinneren formen seit Millionen von Jahren den Ozeanboden. In einer neuen Studie zeigt ein internationales Team von Forschenden um Erstautorin Dr. Joely Maak vom MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen, dass auch Mikroorganismen dabei eine entscheidende Rolle spielen. In einem 2023 entdeckten Hydrothermalsystem in mittleren Wassertiefen von 100 bis 250 Metern vor der griechischen Insel Milos konnten sie nachweisen, wie unterschiedliche Intensitäten hydrothermalen Fluidflusses mikrobielle Stoffwechselwege und damit auch die Bildung verschiedener Minerale steuern.
Eine Studie von Forschenden um Erstautorin Dr. Joely Maak vom MARUM zeigt, wie unterschiedliche Intensitäten des hydrothermalen Fluidflusses in Wassertiefen von 100 bis 250 Metern vor der griechischen Insel Milos mikrobielle Stoffwechselwege und die Bildung verschiedener Minerale beeinflussen.
Im August 2023 lief das deutsche Forschungsschiff METEOR unter der Leitung von Dr. Solveig Bühring zur Expedition M192 in Richtung der griechischen Insel Milos aus. Das Ziel: bislang unbekannte Hydrothermalsysteme aufspüren und untersuchen. Drei Jahre später zeigt eine neue Studie nun, welche überraschenden Erkenntnisse diese Expedition hervorgebracht hat: In einem neu entdeckten Hydrothermalsystem in mittlerer Wassertiefe (100 bis 250 Meter) konnten Forschende zeigen, wie unterschiedliche Intensitäten hydrothermalen Fluidflusses mikrobielle Lebensgemeinschaften und die Bildung von Mineralen am Meeresboden steuern.
Rund um Milos können auf engem Raum völlig unterschiedliche Arten hydrothermaler Aktivität gefunden werden: langsam diffundierende Fluide und heiße, kräftig austretende Quellen. „Diese beiden Fluidtypen schaffen vollkommen unterschiedliche Lebensräume für Mikroorganismen“, erklärt Erstautorin Dr. Joely Maak. In Bereichen mit langsamem Fluidfluss dringt Meerwasser recht tief in die Sedimente ein. Mit dem eindringenden Meerwasser gelangt auch gelöstes Sulfat in die Sedimente. Dies wird von sulfatreduzierenden Mikroorganismen genutzt, deren Metabolismus die Bildung von Pyrit im Sediment fördert. Wo dagegen heiße, saure Fluide durch starken Aufstrom direkt austreten, fehlt das sulfatreiche Meerwasser. Stattdessen zeigen sich schwefeloxidierende Bakterien, die an der Grenzschicht zwischen reduziertem Fluid und Sauerstoff enthaltendem Meerwasser leben, und es bildet sich elementarer Schwefel.
Mineralbildung nicht nur durch geologische Prozesse
Lange Zeit galt die Mineralbildung in aktiven Hydrothermalsystemen vor allem als Folge geologischer Prozesse. „Die aktuelle Studie zeigt nun, dass Mikroorganismen diesen Prozess aktiv mitgestalten können. Als erste detaillierte Untersuchung der neu entdeckten Hydrothermalsysteme nach ihrer Erstbeschreibung Ende 2025 in Scientific Reports bildet diese Studie die Grundlage für zukünftige Forschungsarbeiten in diesen einzigartigen Lebensräumen“, erläutert Projektleiter Dr. Marcus Elvert.
Biologische und geologische Prozesse eng miteinander verknüpft
Um die verschiedenen Stoffwechselwege zu identifizieren, kombinierte das Team zahlreiche Methoden: Isotopenanalysen einzelner Fettsäuren, um verschiedene mikrobielle Stoffwechselwege zu identifizieren, Mineralanalysen, Schwefelisotope sowie Geochemie der Porenwässer. Erst durch die Kombination dieser unterschiedlichen Methoden ließ sich zeigen, wie eng biologische und geologische Prozesse miteinander verknüpft sind.
Möglich wurde dieser Forschungsbeitrag durch die enge Zusammenarbeit eines sehr interdisziplinären Teams. Zu dem Team gehörten Clemens Röttgen, Birte Winkelhues, Eirini Anagnostou, Solveig I. Bühring, Andrea Koschinsky, Jianlin Liao, Harald Strauss, Christoph Vogt, Wolfgang Bach, Enno Schefuß und Marcus Elvert. Erst die Kombination dieser unterschiedlichen Expertisen aus den Bereichen Geomikrobiologie, Mineralogie und Geochemie ermöglichte es, die Wechselwirkungen zwischen Fluidfluss, Mikroorganismen und Mineralbildung umfassend zu entschlüsseln.
Die Studie ist eingebunden in die Forschung des aktuellen Exzellenzclusters „Der Ozeanboden – Unerforschte Schnittstelle der Erde“. Ziel des Clusters ist es, Ozeanboden-Ökosysteme unter sich verändernden Umweltbedingungen sowie zentrale Stoffkreisläufe wie den des Kohlenstoffs besser zu verstehen.
Grundlage der Ergebnisse sind Proben und Daten der Expedition M192 des Forschungsschiffs METEOR III. Auch nachdem die METEOR III nach fast vier Jahrzehnten Forschungsbetrieb ihre letzte Reise beendet hat, liefern ihre Expeditionen weiterhin neue wissenschaftliche Erkenntnisse über bislang verborgene Prozesse am Meeresboden.
Beteiligte Einrichtungen:
• MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften, Universität Bremen (Deutschland)
• Fachbereich Geowissenschaften, Universität Bremen (Deutschland)
• School of Science, Constructor Universität, Bremen (Deutschland)
• Faculty of Geology and Geoenvironment, National and Kapodistrian University of Athens (Griechenland)
• European Synchrotron Radiation Facility (Frankreich)
Das MARUM gewinnt grundlegende wissenschaftliche Erkenntnisse über die Rolle des Ozeans und des Meeresbodens im gesamten Erdsystem. Die Dynamik des Ozeans und des Meeresbodens prägen durch Wechselwirkungen von geologischen, physikalischen, biologischen und chemischen Prozessen maßgeblich das gesamte Erdsystem. Dadurch werden das Klima sowie der globale Kohlenstoffkreislauf beeinflusst und es entstehen einzigartige biologische Systeme. Das MARUM steht für grundlagenorientierte und ergebnisoffene Forschung in Verantwortung vor der Gesellschaft, zum Wohl der Meeresumwelt und im Sinne der Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen. Es veröffentlicht seine qualitätsgeprüften, wissenschaftlichen Daten und macht diese frei zugänglich. Das MARUM informiert die Öffentlichkeit über neue Erkenntnisse der Meeresumwelt, und stellt im Dialog mit der Gesellschaft Handlungswissen bereit. Kooperationen des MARUM mit Unternehmen und Industriepartnern erfolgen unter Wahrung seines Ziels zum Schutz der Meeresumwelt.
Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Dr. Joely Maak
MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften, Universität Bremen
Telefon: 0421 218 65585
Email: jmaak@marum.de
Originalpublikation:
Joely Marie Maak, Clemens Röttgen, Birte Winkelhues, Eirini Anagnostou, Solveig I. Bühring, Andrea Koschinsky, Jianlin Liao, Harald Strauss, Christoph Vogt, Wolfgang Bach, Enno Schefuß & Marcus Elvert: Impact of fluid flow on bacterial carbon and sulfur cycling, mineral precipitation, and transformation in hydrothermal sediments off the coast of Milos. JGR: Biogeosciences (2026). https://doi.org/10.1029/2026JG009869
Diese Publikation erscheint in der Sonderausgabe „Microbial Geochemistry, Chemical Geobiology, and Geobiochemistry: Integrated Approaches to Understanding the World Around Us – A Tribute to Jan Amend“. Die Sonderausgabe widmet sich interdisziplinärer Forschung an der Schnittstelle von Geologie, Mikrobiologie und Chemie und ehrt den visionären Geobiologen Jan Amend.
Weitere Informationen:
https://www.zdf.de/video/reportagen/37-grad-leben-102/meteor-im-mittelmeer---zwei-wochen-auf-dem-forschungsschiff-102 - Dokumentation: ‘Meteor im Mittelmeer – Leben auf dem Forschungsschiff‘
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/toc/10.1002/(ISSN)2169-8961.MICROGEOCHEM - Zur www.theoceanfloor.de - Der Exzellenzcluster „Der Ozeanboden – Unerforschte Schnittstelle der Erde“
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