Dieses Geheimnis aus der Tiefsee stellt unser Verständnis vom Leben infrage

Wie tief in die Erde können wir eindringen und immer noch Leben finden? Meeres-Mikrobiologin Karen Lloyd führt uns ein in die Welt der unterirdischen Mikroben, winzigen Organismen, die metertief im Ozeanboden leben und schon viel länger auf der Erde sind als alle Tiere. Erfahren Sie mehr über diese mysteriösen Mikroben, die sich weigern, im Labor zu wachsen, und die eine grundlegend andere Beziehung zu Zeit und Energie zu haben scheinen als wir.

Ich bin Meeres-Mikrobiologin
an der Universität Tennessee

und ich will Ihnen von Mikroben erzählen,

die so merkwürdig und wunderbar sind,
dass sie infrage stellen,

was wir über das Leben
auf der Erde zu wissen glauben.

Ich habe ein Frage an Sie.

Bitte heben Sie die Hand,
wenn Sie es cool fänden,

in einem U-Boot
zum Ozeanboden zu fahren.

Ja!

Die meisten von Ihnen,
denn die Ozeane sind cool.

Heben Sie jetzt bitte die Hand,

wenn Sie nur deshalb
zum Ozeanboden fahren wollen,

weil Sie das ein bisschen näher

zu dem aufregenden Schlamm
da unten bringen würde.

(Gelächter)

Niemand.

Ich bin die einzige hier.

Ich denke ständig darüber nach.

Ich überlege tagein, tagaus,

wie tief wir in die Erde eindringen

und noch etwas Lebendiges finden können,

denn wir kennen
immer noch nicht die Antwort

auf die grundlegende Frage
nach dem Leben auf der Erde.

In den 1980ern war John Parkes,
ein Forscher in Großbritannien,

ähnlich besessen von dieser Frage
und er hatte eine verrückte Idee.

Er glaubte, es gebe eine riesige, tiefe,

lebendige mikrobielle Biosphäre
unter den Ozeanen der Welt,

die hunderte von Metern
in den Meeresboden hineinreicht,

was cool ist,

aber leider glaubte ihm niemand.

Der Grund dafür ist,

dass es wohl nichts Langweiligeres
auf der Welt gibt als Ozeansedimente.

(Gelächter)

Es gibt da kein Sonnenlicht,
keinen Sauerstoff,

und, vielleicht am schlimmsten,

keine frischen Nährstofflieferungen
für buchstäblich Millionen von Jahren.

Man muss kein Biologieprofessor sein,

um zu wissen, dass das ein schlechter Ort
für die Suche nach Leben ist.

(Gelächter)

Aber 2002 überzeugte [Steven D'Hondt]
genügend Leute von der Sache,

um eine Expedition auf dem Bohrschiff
JOIDES Resolution zu bekommen.

Er leitete sie zusammen
mit Bo Barker Jørgensen aus Dänemark.

Und so bekamen sie endlich makellose,
unterirdische Sedimentproben

ohne jegliche Kontamination
durch Oberflächenmikroben.

Dieses Bohrschiff kann tausende von Metern
in den Ozeanboden hineinbohren,

und der Schlamm wird nach und nach
in Bohrkernen nach oben befördert,

sehr lange Bohrkerne, die so aussehen.

Wissenschaftler wie ich
tragen sie über das Schiff;

wir bearbeiten sie auf den Schiffen

und schicken sie in unsere Labore
für weitere Untersuchungen.

Als John und seine Kollegen die ersten,
kostbaren Tiefseeproben erhielten,

untersuchten sie sie mit dem Mikroskop,

und sie sahen Bilder
ziemlich genau wie dieses,

das von einer jüngeren Expedition
meiner Doktorandin Joy Buongiorno stammt.

Sie sehen das trübe Zeug im Hintergrund.

Das ist Schlamm. Tiefsee-Ozeanschlamm.

Die hellgrünen Punkte,
gefärbt mit grün fluoreszierender Farbe,

sind echte, lebende Mikroben.

Jetzt muss ich Ihnen etwas
sehr Tragisches über Mikroben erzählen.

Unter dem Mikroskop
sehen alle gleich aus,

jedenfalls auf den ersten Blick.

Man kann die faszinierendsten
Organismen der Welt nehmen --

etwa eine Mikrobe,
die buchstäblich Uran atmet,

und eine, die Raketentreibstoff erzeugt --

sie mit Ozeanschlamm mischen,
unter ein Mikroskop legen,

und man sieht nur kleine Punkte.

Es ist wirklich ärgerlich.

Wir können sie also nicht
am Aussehen unterscheiden.

Wir müssen DNA
wie einen Fingerabdruck nutzen,

um zu sagen, wer wer ist.

Jetzt bringe ich Ihnen bei, wie das geht.

Ich zeige Ihnen Daten,
die ich mir ausgedacht habe.

Das soll veranschaulichen, wie es aussähe,

wenn einige Arten überhaupt nicht
miteinander verwandt wären.

Wie Sie sehen, hat jede Art

ihre eigenen Kombinationen
von A, G, C und T,

den vier Untereinheiten von DNA,

willkürlich zusammengewürfelt,
und keine zwei sehen gleich aus.

Diese Arten sind absolut nicht
miteinander verwandt.

Aber so sieht echte DNA
von einem Gen aus,

das diese Arten miteinander teilen.

Alles bildet eine fast perfekte Linie.

Die Wahrscheinlichkeit
so vieler vertikaler Säulen,

in denen rein zufällig jede Art ein C
oder jede Art ein T hat,

ist unendlich klein.

Also müssen all diese Arten
einen gemeinsamen Vorfahren gehabt haben.

Sie sind alle miteinander verwandt.

Jetzt sage ich Ihnen, wer sie sind.

Die beiden oberen
sind wir und Schimpansen.

die verwandt sind,
aber das wussten Sie natürlich.

Ist ja offensichtlich.

(Gelächter)

Aber wir sind auch verwandt
mit uns unähnlichen Dingen wie Kiefern

und der Magendarmkrankheit Giardia,
die man bekommen kann,

wenn man beim Wandern
sein Trinkwasser nicht filtert.

Wir sind auch verwandt
mit dem Kolibakterium

und mit Clostridioides difficile,
einem schrecklichen Erreger,

der viele Menschen tötet.

Aber es gibt natürlich auch gute Mikroben
wie Dehalococcoides ethenogenes,

die unseren Industriemüll aufräumen.

Wenn ich also diese DNA-Sequenzen nutze,

um mit ihren Übereinstimmungen
und Unterschieden

einen Familienstammbaum
von uns allen zu machen,

der zeigt, wer eng verwandt ist,

dann sieht das so aus.

Man sieht auf den ersten Blick,

dass wir Menschen, Giardia,
Kaninchen und Kiefern

alle wie Geschwister sind,

während Bakterien unseren
entfernten Cousins entsprechen.

Aber wir sind mit jedem Lebewesen
auf der Erde verwandt.

In meinem Job darf ich tagtäglich

wissenschaftliche Beweise gegen
existentielle Einsamkeit erbringen.

Als wir vom ersten Bohrschiff
die ersten DNA-Sequenzen

von den makellosen Proben
aus dem Ozeanboden erhielten,

wollten wir wissen, wo sie waren.

Als erstes entdeckten wir,
dass sie keine Aliens waren,

denn ihre DNA bildet eine Linie
mit allem anderen auf der Erde.

Aber sehen Sie sich ihren Platz
auf unserem Lebensbaum an.

Als erstes erkennen Sie,
dass es viele von ihnen gibt.

Das war nicht nur eine kleine Art,

die an diesem grausigen Ort überlebt hat.

Es sind eher sehr viele.

Zweitens merken Sie hoffentlich,

dass sie anders sind als alles,
was wir je gesehen haben.

Sie unterscheiden sich voneinander
genauso sehr wie von allem,

was wir schon kennen --

so wie wir von Kiefern.

Also hatte John Parkes völlig Recht.

Er, und wir, hatten ein völlig neues
und höchst diverses,

mikrobielles Ökosystem
auf der Erde entdeckt,

von dessen Existenz vor 1980
niemand auch nur eine Ahnung hatte.

Jetzt waren wir in Fahrt.

Als nächstes wollten wir
diese exotischen Arten

in einer Petrischale wachsen lassen,
um mit ihnen zu experimentieren,

wie sich das für Mikrobiologen gehört.

Aber egal welche Nährlösung,
sie weigerten sich zu wachsen.

Sogar heute, 15 Jahre
und viele Expeditionen später,

ist es noch niemandem gelungen,

eine dieser exotischen Mikroben
aus dem tiefsten Untergrund

in einer Petrischale zu züchten.

Und es gab viele Versuche.

Das mag enttäuschend klingen,

aber ich finde es faszinierend,

denn offenbar gibt es noch so viele
verlockende Rätsel zu erforschen.

Meine Kollegen und ich etwa hatten
eine unserer Meinung nach großartige Idee.

Wir wollten ihre Gene
wie ein Kochbuch lesen:

herausfinden, was sie fraßen,
das in die Petrischale tun,

und dann sollten sie
wachsen und glücklich sein.

Aber die Untersuchung ihrer Gene ergab,

dass ihre Lieblingsnahrung das war,
was wir ihnen schon gaben.

Das war also ein Reinfall.

Sie wollten etwas anderes
in ihren Petrischalen haben,

was wir ihnen einfach nicht gaben.

Durch die Kombination von Messungen

von vielen verschiedenen Orten weltweit

errechneten meine Kollegen
von der University of Southern California,

Doug LaRowe und Jan Amend,

dass jede dieser Tiefsee-Mikroben

nur einen Zeptowatt Energie benötigt.

Bevor Sie Ihre Handys herausholen --
ein Zepto ist 10 hoch -21.

Ich weiß, ich würde das
nachsehen wollen.

Menschen hingegen
benötigen circa 100 Watt Energie.

100 Watt entspricht etwa einer Ananas,

die man 881.632-mal am Tag
aus etwa Hüfthöhe zu Boden fallen lässt.

Wenn man das täte
und sie an eine Turbine anschlösse,

würde das genug Energie produzieren,
um mich einen Tag lang zu 'betreiben'.

Ein Zeptowatt ist dementsprechend,

wenn man ein einziges Salzkorn nimmt

und sich dann einen winzig kleinen Ball

mit dem Tausendstel der Masse
jenes Salzkorns vorstellt,

den man einen Nanometer fallen lässt --

was hundertmal kleiner ist
als die Wellenlänge sichtbaren Lichts --,

einmal pro Tag.

Mehr brauchen diese Mikroben
zum Leben nicht.

Das ist weniger Energie,

als wir jemals für das Minimum
zum Leben möglich hielten,

aber unglaublicherweise ist es
wie durch ein Wunder genug.

Wenn also die subterranen Mikroben
ein anderes Verhältnis zu Energie haben,

als wir zunächst annahmen,

dann haben sie folglich auch
ein anderes Verhältnis zur Zeit,

denn wenn man von einer
so winzigen Energiemenge lebt,

ist schnelles Wachstum unmöglich.

Wenn sie unsere Hälse besiedeln
und uns krank machen wollten,

würden sie von schnell wachsenden
Streptokokken verdrängt,

bevor sie mit der Zellteilung
auch nur beginnen könnten.

Deswegen finden wir sie
nie in unseren Hälsen.

Vielleicht ist die Tatsache,
dass der Tiefseeboden so langweilig ist,

ein Vorteil für diese Mikroben.

Sie werden nie von einem Sturm weggespült.

Sie werden nie von Unkraut überwuchert.

Sie müssen einfach nur existieren.

Vielleicht war die Zutat,
die in unseren Petri-Schalen fehlte,

gar kein Nährstoff.

Vielleicht war es keine Chemikalie.

Vielleicht ist der Nährstoff,
den sie wirklich haben wollen,

Zeit!

Aber Zeit ist die eine Sache,
die ich ihnen nie werde geben können.

Selbst wenn ich eine Zellkultur
an meine Doktoranden weitergebe,

und die geben sie weiter
an ihre Doktoranden usw.,

müssten wir das tausende Jahre lang tun,

um die genauen Bedingungen
tief im Meeresboden zu imitieren,

ohne dabei Verunreinigungen zu züchten.

Das ist einfach nicht möglich.

Aber vielleicht wachsen sie schon
in unseren Petrischalen.

Vielleicht sahen sie
all die Nährstoffe und sagten:

"Danke, jetzt beeile ich mich so,

dass ich in 100 Jahren
eine neue Zelle mache -- uff!"

(Gelächter)

Aber weshalb bewegt sich
alles andere in der Biologie so schnell?

Warum stirbt eine Zelle nach einem Tag

und ein Mensch nach nur hundert Jahren?

Das scheinen willkürlich
kurze Zeitgrenzen zu sein,

wenn man bedenkt,
wie viel Zeit es im Universum gibt.

Aber diese Grenzen sind nicht willkürlich.

Sie beruhen auf einer einzigen,
einfachen Sache,

und das ist die Sonne.

Als Lebewesen lernten,

die Energie der Sonne
durch Fotosynthese zu nutzen,

mussten wir uns alle schnell
an Tag-Nacht-Zyklen gewöhnen.

Die Sonne gab uns sozusagen
sowohl den Grund

als auch die Energie, schnell zu sein.

Fast alles Leben auf der Erde
gleicht einem Kreislaufsystem,

und die Sonne ist unser schlagendes Herz.

Aber der Tiefseeboden
ist wie ein Kreislaufsystem,

das völlig unabhängig von der Sonne ist.

Stattdessen wird es von langen,
langsamen geologischen Rhythmen bestimmt.

Zur Zeit gibt es keine theoretische Grenze
für die Lebensdauer einer einzelnen Zelle.

Solange es zumindest ein winziges
Energiepotenzial zu verwerten gibt,

könnte eine einzelne Zelle theoretisch
hunderttausende Jahre leben,

einfach durch das Ersetzen
abgenutzter Bestandteile.

Damit eine so lebende Mikrobe
in unserer Petrischale wachsen kann,

müsste sie sich an unser hektisches,
sonnenzentriertes Leben anpassen,

und vielleicht haben sie
einfach etwas Besseres zu tun!

(Gelächter)

Stellen Sie sich vor,
wir könnten feststellen,

wie sie das hinkriegen.

Was, wenn es einen coolen,
ultrastabilen Stoff beinhaltet,

der die Lagerzeit biomedizinischer
oder industrieller Anwendungen verlängert?

Oder, wenn wir die Mechanismen verstehen,

durch die sie so extrem langsam wachsen,

könnten wir sie in Krebszellen nachbilden
und unkontrollierte Zellteilung bremsen.

Ich weiß es nicht.

All das ist offen gesagt Spekulation,

aber ich weiß mit 100%iger Sicherheit,

dass es 100.000 Quadrillionen
lebende mikrobische Zellen gibt,

tief unter allen Ozeanen der Erde.

Das ist 200-mal so viel

wie die gesamte Biomasse
von Menschen auf diesem Planeten.

Und diese Mikroben haben
eine völlig andere Beziehung

zu Zeit und Energie als wir.

Was für sie ein Tag ist,

sind vielleicht 1.000 Jahre für uns.

Sie kümmern sich nicht um die Sonne,

wollen nicht schnell wachsen,

und meine Petrischalen
sind ihnen wohl völlig egal --

(Gelächter)

aber wenn wir weiterhin kreative Wege
für ihre Erforschung finden,

finden wir vielleicht endlich heraus,

wie das Leben auf der Erde funktioniert.

Danke.

(Applaus)