Antarktische Mikroben Die Eiswüste lebt

Ob im Packeis, im zugefrorenen See oder einfach im Boden: In der eisigen Antarktis trotzen Mikroben einer lebensfeindlichen Umwelt. Die Bedingungen auf anderen Planeten könnten kaum schlimmer sein.

Von Alexander Stirn


Weiß, unwirtlich und höllisch kalt: Die Eiswüste der Antarktis gilt nicht gerade als idealer Lebensraum. Doch in der Schnee- und Eisdecke existiert, das zeigen neue wissenschaftliche Studien, ein faszinierendes Biotop voll mit Bakterien, mit mikroskopisch kleinen Pflanzen und Tieren.

Braun gefärbte Eisscholle: Die Spur der Kieselalgen
Science

Braun gefärbte Eisscholle: Die Spur der Kieselalgen

Extreme Kälte, kaum Licht und als einzige Flüssigkeit konzentrierte Salzlauge - um im Meereis überleben zu können, müssen Mikroorganismen ihre Physiologie und ihren Stoffwechsel radikal anpassen. Tun sie das, gedeihen die kleinen Lebewesen allerdings "prächtig", wie Gerhard Dieckmann vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung zusammen mit David Thomas von der britischen University of Wales-Bangor im Wissenschaftsmagazin "Science" schreibt.

Meereis entsteht, wenn das Meerwasser seinen (durch gelöste Salze gesenkten) Gefrierpunkt von minus 1,9 Grad Celsius erreicht. Zunächst bilden sich millimetergroße Eiskristalle, die durch Wind und Wellen in die Tiefe gedrückt werden. Dabei kommen sie in Kontakt mit Plankton. Die winzig kleinen Mikroorganismen - Bakterien, Algen, Plattwürmer, Krustentiere - werden mit den Eisnadeln an die Oberfläche gebracht.

Nach und nach verdichtet sich der Eisbrei, es entstehen zentimetergroße Klumpen. Später formen sich, so das Alfred-Wegener-Institut, "Eispfannkuchen" - scheibenförmige Eisklumpen, die sich übereinander schieben und letztlich eine geschlossene Eisdecke bilden.

Das vergängliche Meereis kann bis zu 13 Prozent der Erdoberfläche abdecken. Allein auf den Meeren der Südhalbkugel treibt während der Wintermonate eine rund 20 Millionen Quadratkilometer große Eisschicht mit einer Dicke von einem Meter - mehr als 50-mal die Fläche Deutschlands.

Anders als bei gefrorenem Süßwasser findet sich im Salzwassereis ein Netzwerk von Kanälen und Poren: Während sich das reine Wasser in eine Kristallstruktur verwandelt, bleiben Salze zurück. Es entstehen Hohlräume mit stark konzentrierter Salzlauge, die erst bei sehr tiefen Temperaturen gefriert. Genau dieses unwirtliche Labyrinth wird völlig unerwartet zum Lebensraum der Mikroorganismen.

Einmalige Bakterien: Gut geschützt bei minus 35 Grad
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Einmalige Bakterien: Gut geschützt bei minus 35 Grad

Am besten kommen Algen, allen voran Kieselalgen, mit dem Kulturschock zurecht. Dabei bietet das geschlossene Porensystem nicht unbedingt Vorteile: Hohe Ammoniakkonzentrationen, ein erhöhter pH-Wert und fehlende Nährstoffe zeugen von biologischen Aktivitäten und weitgehend undurchdringlichen Barrieren. Nur an der Unterseite des Eises können die Laugenkanäle Kontakt mit dem Wasser aufnehmen. Die Algen vermehren sich an dieser nährstoffreichen Schnittstelle so stark, dass viele Eisschollen braun erscheinen.

Doch die Bedeutung der eingeschlossenen Mikroorganismen geht weit über farbästhetische Belange hinaus. So ist Krill - die wichtigste Nahrungsquelle für viele Fische und Bartenwale - in der planktonlosen Winterzeit dringend auf die Algenvorräte des Meereises angewiesen.

Wie sich die Algen gegen die Kälte, gegen das aggressive Salzwasser, das fehlende Licht im Innern der Schollen und die ultraviolette Strahlung schützen, ist noch weitgehend ungeklärt. Fraglich ist auch, wie Klimaveränderungen das fragile System beeinflussen können. Leidet der Krill Hunger, hat das womöglich Auswirkungen auf die gesamte antarktische Nahrungskette.

Aber nicht nur im offenen Meer, auch in den Seen des antarktischen Kontinents gedeihen Lebewesen. Und deren Umweltbedingungen werden immer besser. Wie ein Team um Lloyd Peck vom British Antarctic Survey ebenfalls in "Science" berichtet, sind die Forscher auf "extreme ökologische Veränderungen" gestoßen - ausgelöst von einem lokalen Klimawechsel.

Polarseen gelten seit langem als gute Indikatoren für Umweltveränderungen: Schnee- und Eisschichten, die die Seen im Winter bedecken, reagieren sensibel auf Erwärmung. Zudem haben sie einen großen Einfluss auf das Ökosystem. Ganz besonders auf Signy Island: Die Lage, die Höhe, und die relativ dünne Eisschicht machen die Insel anfällig für klimatische Einflüsse.

So sind in den dortigen Seen die winterlichen Wassertemperaturen zwischen 1980 und 1995 um bis zu 1,3 Grad Celsius gestiegen - dreimal so stark wie die Lufttemperaturen. Die Zeit, während der die Seen völlig zugefroren waren, verkürzte sich um vier Wochen. Die Gewässer tankten mehr Sonnenenergie und froren in der Folge weniger oft zu. Weil die Zuflüsse über aufgetauten statt über gefrorenen Boden flossen, konnten die Seen auch mehr Nährstoffe aufnehmen. Die Zahl der Mikroorganismen ist, so Peck, deutlich gestiegen.

Seen auf Signy Island: "Extreme ökologische Veränderungen"
British Antarctic Survey

Seen auf Signy Island: "Extreme ökologische Veränderungen"

Selbst ohne Wasser kann offensichtlich Leben gedeihen: Wie kanadische und neuseeländische Wissenschaftler vergangene Woche vermeldeten, haben sie im eisfreien antarktischen Boden Pilze und Bakterien gefunden. Die Organismen steckten bis zu acht Zentimeter tief in salzhaltiger Erde. Die Durchschnittstemperaturen am Fundort betragen minus 35 Grad, der Niederschlag ist praktisch null.

Besonders angetan von derartigen Funden sind Astrobiologen: Gefrorene Böden und eisbedeckte Meere sind auch auf den Jupitermonden Europa und Ganymed sowie auf dem Mars anzutreffen - bei ähnlich extremen Witterungsbedingungen.

Dieckmann und Thomas sind allerdings vorsichtig: Auch wenn die braune Färbung des Eises auf dem Jupitermond Europa den antarktischen Effekten sehr nahe komme, bestehe doch ein gravierender Unterschied: Die Eisschichten des Mondes sind bis zu hundert Kilometer dick, das Eis in der Antarktis schafft gerade einmal zehn Meter. Wenn also extraterrestrisches Leben existiert oder existiert hat, dürfte es sich, so das Fazit der Polarforscher, deutlich von den Lebensformen im irdischen Eis unterscheiden.



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