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Stromfluss: Bakterien bilden lebende Kabel im Meeresboden

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Für Bakterien sind ein oder zwei Zentimeter eine gewaltige Distanz. Doch im Meeresboden finden sich Einzeller, die diese Strecke überspannen - sie bilden einer Studie zufolge lebende Kabel, durch die Elektronen fließen. Die Einzeller haben dadurch einen entscheidenden Standortvorteil.

Bakterien-Kabel: Meeresboden unter Strom Fotos
Nils Risgaard-Petersen

Die Erkenntnis war selbst für Experten eine Überraschung: In den obersten Zentimetern des Meeresbodens fließt Strom, wie eine Studie 2010 ergab. Nun liefern Forscher auch eine Erklärung, wie das passiert: Bakterien einer neu entdeckten Art lagern sich zu Tausenden zusammen und bilden lange Ketten. Durch sie transportieren die Einzeller Elektronen, berichtet ein internationales Forscherteam im Fachmagazin "Nature".

Ein einzelnes Exemplar der Bakterien, die zur Familie der sogenannten Desulfobulbaceae gehören, ist nicht länger als drei bis fünf Mikrometer. Doch indem sich die Mikroben zusammenschließen, kommen ansehnliche Kabellängen zusammen. Die Forscher berichten von bis zu zwei Zentimeter langen Filamenten.

Die Mikroorganismen gewinnen durch ihren Zusammenschluss einen Standortvorteil: Sie können den Sauerstoff nutzen, der nur in der obersten Bodenschicht vorhanden ist - und Nährstoffe, die mehr als einen Zentimeter tiefer liegen. "Eine solche Strategie war bisher nicht bekannt", sagt Christian Pfeffer vom Zentrum für Geomikrobiologie im dänischen Aarhus. "Sie funktioniert nur durch den Zusammenschluss Tausender Einzeller. Man könnte sie daher durchaus als einen mehrzelligen Organismus ansehen."

Zwar waren schon vorher Bakterien bekannt, die Strom durch eine Art von Nanodraht leiten, doch diese Strukturen sind nur wenige Mikrometer lang.

Die Forscher um Pfeffer haben die ungewöhnlichen Bakterien direkt vor der Haustür entdeckt - in der Aarhusbucht -, als sie nach dem Stromleiter im Meeresboden fahndeten. Zuerst hatten sie unter anderem Mineralien in Verdacht, doch dann stießen sie auf die Mikrobenfäden. "Erst als wir im Inneren dieser Filamente drahtartige Fasern entdeckten, die von einer Membran umschlossen alle Zellen vom einen zum anderen Ende verbinden, begannen wir zu glauben, dass diese Bakterien wirklich wie elektrische Kabel funktionieren", sagt Nils Risgaard-Petersen, einer der beteiligten Wissenschaftler.

Anwendungen in der Materialforschung denkbar

Sie testeten die Theorie, dass der Elektronenfluss in den Mikrobenkabeln stattfindet. Unter anderem setzten sie Filter in Bodenschichten, die das Wachstum der Bakterien in der Länge entweder noch zuließen oder verhinderten. Waren die Poren zu klein für die Mikroben-Kabel, floss kein Strom mehr. Die Forscher vermuten, dass die Mikroben in den Meeren weit verbreitet sind - das muss allerdings noch untersucht werden.

Desulfobulbaceae können Schwefelverbindungen verarbeiten, die sich in den etwas tieferen Bodenschichten befinden. Bei den entsprechenden chemischen Reaktionen werden Elektronen freigesetzt. Sie wandern dem Bericht zufolge durch das Bakterienkabel in die oberen Bodenschichten, wo die Mikroorganismen die Elektronen dann in einem anderem Stoffwechselprozess auf Sauerstoff übertragen. Dadurch entsteht ein Ungleichgewicht zwischen den Bodenschichten, das durch die Wanderung geladener Ionen in der Umgebung wieder ausgeglichen wird - der Stromkreis schließt sich.

Die Wissenschaftler erforschen jetzt im Detail, wie die Mikroben in ihrem Inneren die Elektronen weiterleiten. Möglicherweise werden die Bakterien einmal für Materialforscher interessant - als lebende Bauteile oder als Vorlage für optimierte Elektrik. Und nebenbei zeigen die kooperativen Einzeller, wie vielfältig das Leben ist.

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