Forscher entdecken Pilze und Bärtierchen im Antrim Shale

Nahezu jede Ecke der Erde, die wir untersuchen, scheint Spuren von Leben zu bergen.

Jetzt haben Forschende Hinweise auf eine ganze Gemeinschaft komplexer Organismen entdeckt – Pilze, Würmer und sogar Bärtierchen –, die im Antrim Shale zuhause sind.

Das ist ausgesprochen überraschend: Beim Antrim Shale handelt es sich um eine rund 350 Millionen Jahre alte Ablagerung aus organikreichem Schlamm, die heute eines der größten Gasfelder der Vereinigten Staaten bildet.

Als Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler jedoch nach DNA in Wasser suchten, das aus 247 bis 556 Meter tiefen Bohrungen an die Oberfläche gepumpt wurde, stießen sie auf eine verblüffend vielfältige Lebenswelt.

„Energieunternehmen bohren diese Quellen und fördern enorme Wassermengen, aus denen sie das Methan abtrennen“, erklärte der Ökologe Quinn Moon, Hauptautor der Studie, gegenüber ScienceAlert.

Moon von der University of Michigan arbeitete mit einem Team aus Mykologinnen, Mykologen und Geowissenschaftlerinnen sowie Geowissenschaftlern zusammen, um die Organismen zu erfassen, die in dieser scheinbar lebensfeindlichen Umgebung existieren könnten.

„Wir haben riesige Wassermengen filtriert und DNA aus diesen Filtern gewonnen. Außerdem brachten wir das Wasser auf Nährmedien aus, um die Pilze selbst wachsen zu lassen“, erläuterte Moon.

„In vielen tiefen Lebensräumen, darunter auch im Antrim Shale, wurden Bakterien und Archaeen bereits umfassend nachgewiesen.“

Das brachte ihn zu der Frage, was dort unten noch leben könnte.

Zum Vorschein kam ein erstaunlich komplexes und aktives Ökosystem.

Pilze im Antrim Shale

„Unsere Ergebnisse stellen die verbreitete Annahme infrage, dass die durch Pilze gesteuerte Zersetzung organischer Substanz auf Oberflächenökosysteme beschränkt ist“, schreiben Moon und seine Kolleginnen und Kollegen in ihrer kürzlich im The ISME Journal veröffentlichten Facharbeit.

In den Wasserproben fanden sie anhand kurzer Abschnitte ihres Erbguts 689 wahrscheinliche Pilzarten. Für eine genauere Bestimmung konnten sie außerdem 205 Stämme im Labor kultivieren.

Dreizehn dieser Pilzstämme gelten vermutlich als vollständig neu für die Wissenschaft.

Zu den vorherrschenden Pilzklassen gehörten die Agaricomycetes. Sie sind vermutlich die bekannteste Pilzgruppe, weil sie Fruchtkörper beziehungsweise Pilze bilden. Ob sie in dieser großen Tiefe tatsächlich schirmartige Hüte ausbilden könnten, ist allerdings unklar.

Ihr Stoffwechsel könnte jedoch – ebenso wie jener der zweiten dominierenden Klasse, der von Moon und seinem Team gefundenen Dothideomycetes – ihren Erfolg im Schiefergestein erklären.

An der Erdoberfläche sind beide Pilzgruppen dafür bekannt, Lignin und Zellulose zur Energiegewinnung abzubauen. Dabei handelt es sich um Stoffe, die andere Organismen nur schwer verdauen können.

„Diese Pilze ernähren sich von einigen der Kohlenstoffformen, die am schwierigsten aufzuschließen sind“, sagte Moon gegenüber ScienceAlert.

„Ich denke, die Erklärung lautet – und das stimmt mit anderen Daten von der Oberfläche überein –, dass diese holzzersetzenden Pilze über das umfangreichste Arsenal an Enzymen verfügen, das sie dort unten einsetzen, um Lignin und Zellulose im Schiefergestein abzubauen (oder Verbindungen, die Lignin und Zellulose ähneln).“

Pilze machten etwa ein Sechstel der Biomasse in den Wasserproben aus. Ihre relative Häufigkeit entsprach ungefähr den Werten im offenen Ozean und in antarktischen Böden: Rund 250 Pilzzellen befanden sich in jedem Wassertropfen.

Neben den Pilzen entdeckte das Forschungsteam genetische Spuren von Rädertierchen – mikroskopisch kleinen „Rädertieren“, die man möglicherweise aus Teichwasser kennt –, Ringelwürmern, Bärtierchen und Fadenwürmern.

Sie fanden sogar Hinweise auf intrazelluläre Parasiten wie Ichthyosporea, die Tiere infizieren, sowie Rozellomycota, welche andere Pilze parasitieren.

Sauerstoff und stabile Bedingungen in der Tiefe

Die Forschenden konnten nicht eindeutig bestimmen, wie viel Sauerstoff diesen Lebewesen zur Verfügung steht. Wie sie dort unten genau überleben, bleibt daher weiterhin offen.

Wie sie in ihrer Studie anmerken, kann das Hochpumpen des Wassers gelösten Sauerstoff in die Proben einbringen, der in der Tiefe möglicherweise gar nicht vorhanden ist.

Frühere Untersuchungen zeigten, dass im Antrim Shale zahlreiche Arten methanproduzierender Archaeen vorkommen. Das deutet darauf hin, dass diese unterirdische Umgebung sehr sauerstoffarm ist.

Andere Arbeiten legen nahe, dass bestimmte Mikroben selbst ohne Sauerstoffzufuhr von der Oberfläche große Mengen Sauerstoff erzeugen können – und dafür kein Licht benötigen.

Anhand der Sauerstoff- und Wasserstoffisotope im Wasser sowie des Salzgehaltsgefälles zwischen den Probenahmestellen geht das Team jedoch davon aus, dass diese unterirdische Gemeinschaft seit dem Spätpleistozän unter relativ stabilen geochemischen Bedingungen lebt.

Ein Großteil des in dieser Studie geförderten Wassers hatte nach Moons Angaben seit 11.000 Jahren kein Tageslicht mehr gesehen.

Die Vorfahren dieser Mikroorganismen gelangten vermutlich erstmals in diese tiefen Untergrundhabitate, als die Eiskappen des Spätpleistozäns schmolzen und Wasser in die Poren und Risse des Schiefergesteins einsickerte.

Diese Pilze leben also nicht nur in kaum vorstellbaren Tiefen. Wahrscheinlich waren sie dort über Jahrtausende isoliert und passten sich evolutionären Selektionsdrücken an, die sich vollständig von denen ihrer oberirdischen Verwandten unterscheiden.

Und wie so oft haben Menschen begonnen, sie zu stören, noch bevor wir überhaupt wussten, dass sie existieren.

„Diese Gebiete könnten Hotspots der Biodiversität sein, sind aber zugleich Hotspots menschlich verursachter Zerstörung“, sagte Moon gegenüber ScienceAlert.

„In diese Lagerstätten wurden so viele Quellen gebohrt, und in viele davon werden Biozide eingebracht, ohne dass wir jemals berücksichtigt hätten, ob diese Lebensräume neue Arten beherbergen und wie wir sie schützen können.“

Bedeutung für Kohlenstoffkreislauf und Klimabilanz

Die Forschenden betonen außerdem, dass Pilze – obwohl sie so häufig übersehen werden – in Modelle zum Kohlenstoffkreislauf und zur Kohlenstoffspeicherung im Untergrund einbezogen werden müssen.

Etwa 90 Prozent des organischen Kohlenstoffs der Erde sind im tiefen Untergrund gespeichert. Für das Gleichgewicht unseres Klimas ist dieser Bereich daher ein sehr bedeutender Faktor.

Wenn diese Pilze, Bakterien und weiteren Organismen die tiefen Gesteine aktiv nutzen, ist dieser Kohlenstoff möglicherweise nicht ganz so „gespeichert“, wie wir annehmen.

„Wenn es viele Organismen gibt, die ihn fressen können, können diese Gase rasch in die Atmosphäre gelangen“, sagte Moon.

Die Studie wurde im The ISME Journal veröffentlicht.

Dieser Artikel wurde von Clare Watson auf Fakten geprüft und redigiert. Wir sind stolz auf unseren Prozess, aber auch wir sind nur Menschen. Wenn Ihnen ein Fehler auffällt, teilen Sie ihn uns bitte mit.