Allgegenwärtige Arten – Wie Bakterien in jeden Winkel der Erde gelangen

In der ökologischen Mikrobiologie sagen wir, Bakterien seien ubiquitär, d.h. alle Arten kommen praktisch überall auf der Welt vor, im Boden, in Gewässern, in der Luft und in anderen Organismen. Das klingt bei erster Betrachtung etwas unglaubwürdig, finden wir doch in Wüstenböden ganz andere mikrobielle Gemeinschaften als in heißen Quellen, der Tiefsee, im Acker und in unserem Mund.

Das Titelbild heißt “Rock Snot Microbial Towers” und stamm von Dru! (FlickrCommons CCL by-nc, 2014). Es zeigt einen Biofilm von Kieselagen und Bakterien in der Abflussrinne in unmittelbarer Nähe eines abschmelzenden Gletschers. Danke für das schöne Bild, Dru!.

Erst auf den zweiten Blick merken wir, dass da trotzdem etwas dran sein könnte. Selbst in trockenen Böden gibt es mikroskopische Bereiche, die feucht und sauerstoffarm sind, besiedelt von Bakterien, die trockenes, sauerstoffreiches Klima so gar nicht mögen. Und auch in heißen Quellen gibt es kältere, sauerstoffreichere Zonen für die jeweils anderen. Zugleich sind Bakterien Meister des Überlebens: Viele Arten können sich, wenn sie keine passenden Lebensbedingungen vorfinden, in Form von Sporen oder anderen Überdauerungsstadien in einen Zustand des Scheintods versetzen, in dem sie Zeitalter überleben können. So haben Forscher schon Ende des letzten Jahrtausends Bakteriensporen aus einer vor 25-40 Millionen Jahren in Bernstein eingeschlossenen Biene in einem Nährmedium wiederbelebt (Cano and Borucki, 1995).

Dieser zweite Blick sagt uns, dass vielleicht nicht alle Bakterienarten überall aktiv sind, aber überall vorhanden sein könnten. Und er wird gestützt durch Ergebnisse französischer und italienischer Bodenforscher (Delmont et al., 2014). Sie nahmen einen englischen Gründlandboden und einen italienischen Waldboden und extrahierten aus beiden die Bodenlösung mit den in ihr lebenden Bakterien. Dann sterilisierten sie im Labor beide Böden und belebten sie wieder, indem sie die Bodenlösung wieder dazugaben – aber umgekehrt, Waldgemeinschaft auf Grünland, Grünlandgemeinschaft auf Wald. Wider die Erwartung, dass sich nun im italienischen Waldboden die mikrobielle Gemeinschaft des Grünlands ausbreiten sollte und umgekehrt, etablierten sich die altbekannten Gemeinschaften. Die Bodenlösungen hatten also in kleinen Mengen jeweils auch die Arten des anderen Standortes enthalten, die sich ausbreiten konnten als der Boden um sie herum plötzlich ihren Bedürfnissen entsprach.

Ein großer Teil der bakteriellen Vielfalt eines Ökosystems scheint also inaktiv auf passende Lebensbedingungen zu warten. Aber wie kommen Bakterien an für sie so unbequeme, teils weit von ihren bequemen Habitaten entfernte Standorte? Auf allen erdenklichen Wegen. Sie bleiben an und in Organismen hängen, werden gefressen und ausgeschieden, durch Gezeiten transportiert und über tausende Kilometer verweht. Und dazu stieß ich letztens in E.O. Wilsens Buch “Die Hälfte der Erde”, das sich mit der Etablierung riesiger, weltweiter Naturschutzgebiete zum Schutz der Artenvielfalt vor den Aktivitäten des Menschen beschäftigt, auf diesen schönen Textabschnitt:

Die Obergrenze der Biosphäre bilden die Bakterien, die von Stürmen in Höhen von zehntausend Metern und mehr aufgewirbelt werden. (…) Von einigen dieser Bakterienarten nimmt man an, dass sie Materie recyceln und per Photosysthese reproduzieren sowie tote organische Materie vernichten. Kann man diese fliegende Schicht als Ökosystem bezeichnen?”

Die Hälfte der Erde, E. O. Wilson (2016)

Die Atmosphäre scheint ein eigenes Habitat zu sein, in das Bakterien hinaufgeweht werden, und in dem sie ihre Lebensfunktionen sogar reaktivieren, stoffwechseln und sich vermehren können. Der Wind verweht sie weit und lässt sie ungefragt an anderen Orten fallen. Dort gedeihen sie oder verharren, bis sie weitertransportiert werden oder sich anderweitig ihre Bedürfnisse erfüllen.

Obwohl der Satz “Nichts ist ohne Bakterien, alle Bakterien leben überall” vielleicht als Aphorismus mit nicht hundertprozentigem Wahrheitsgehalt zu verstehen ist, haben makroskopisch gleichförmig erscheinende Habitate wie z.B. ein Acker oder Waldboden mikroskopisch vielfältige Nischen und besitzen Bakterien Mechanismen, mit denen sie auf bessere Zeiten warten können. Und diese Habitate sind über den Wind und viele andere Faktoren miteinander verbunden. Ein schönes Bild von der Vernetztheit unseres planetaren Ökosystems.

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