Vor zwei Jahren untersuchte der Mikrobiologe Lars Peter Nielsen von der Universität Aarhus in Dänemark den Schlamm am Meeresboden des Stadthafens, als er etwas Unerwartetes entdeckte: Der Schlamm quoll mit nachweisbarer Elektrizität. Damals vermuteten er und seine Kollegen, dass die elektrischen Ströme auf eine Art externes Transportnetzwerk zwischen einzelnen Bakterien oder anderen mikroskopischen Organismen zurückzuführen sein könnten.
Noch überraschender ist die Wahrheit, die in einem gestern in Nature veröffentlichten Artikel beschrieben wurde. „Unsere Experimente haben gezeigt, dass die elektrischen Verbindungen im Meeresboden feste Strukturen sein müssen, die von Bakterien aufgebaut wurden“, sagte Doktorand Christian Pfeffer, der Hauptautor der Arbeit, in einer Pressemitteilung. In Zusammenarbeit mit Forschern der University of Southern California entdeckte sein Team eine neue Art von mehrzelligen Bakterien, die sich wie elektrische Kabel verhalten und in der Lage sind, Elektrizität über mehrere Zentimeter zu leiten, eine viel größere Spanne, als die Wissenschaftler bisher angenommen hatten.
Die Gruppe entdeckte die Bakterien, die zur Familie der Desulfobulbaceae gehören, indem sie den Meeresbodenschlamm unter einem Mikroskop untersuchte. Da die Bakterien so klein und zerbrechlich sind - hundertmal dünner als ein menschliches Haar -, gibt es keine Möglichkeit, den Strom, den sie transportieren, direkt zu messen. Die Forscher fanden jedoch verschiedene Arten indirekter Beweise dafür, dass sie Elektrizität leiten.
Die Bakterien sind im Sediment vertikal ausgerichtet, und wenn nicht leitende Wolframstränge horizontal über die Bakterien gezogen wurden, wurden die Bakterien kurzgeschlossen und der elektrische Strom wurde unterbrochen (wie bei einem Bagger, der durch vergrabene Kabel schneidet). Wenn Filter eingesetzt wurden, um das Wachstum der Bakterien zu verhindern, wurde der elektrische Strom abgeschaltet, es sei denn, die Poren des Filters waren groß genug, damit die Bakterien durchwachsen konnten.
Bemerkenswerterweise sehen die Bakterien unter dem Mikroskop ein bisschen aus wie die Kabel, die in elektrischen Geräten verwendet werden. In jedem Bakterium verlaufen 15 bis 17 verschiedene Fasern in Längsrichtung, von denen jede in der Lage ist, Elektrizität zu leiten. Die langen Fasern bestehen aus vielen miteinander verbundenen Zellen, die jeweils nur einen Mikrometer lang sind.
Ein Querschnitt der Bakterien zeigt die einzelnen leitenden Fasern, die entlang ihrer Länge verlaufen und in jeder Zelle enthalten sind. (Bild von Karen E. Thomsen) Es stellt sich natürlich die Frage, warum sich Bakterien die Mühe machen, die ungewöhnliche Fähigkeit zum Leiten von Elektrizität zu entwickeln. Die Antwort könnte so faszinierend sein wie die Bakterien selbst. Es stellt sich heraus, dass nur wenige Zentimeter unter dem Meeresboden eine reiche, weitgehend unerschlossene Energiequelle ist: negativ geladene Schwefelatome, sogenannte Sulfide.
Der Grund, warum die meisten Organismen nicht in der Lage sind, die Energie aus diesen Chemikalien zu gewinnen, ist, dass der umgebende Schlamm weitgehend sauerstofffrei ist. Es gibt eine energiereiche Nahrungsquelle für Elektronendonoren, aber Organismen benötigen Sauerstoff, um die Ersatzelektronen als Teil der Energiegewinnungsgleichung, die als Atmung bekannt ist, aufzunehmen. Es ist analog zu unserem Bedürfnis, sowohl Nahrung (die Sulfide) als auch Luft (den Sauerstoff) zu essen, um zu überleben.
Die Bakterien lösen dieses Problem, indem sie den Abstand zwischen ihrer Nahrung und ihrer Sauerstoffquelle mit einem Stromkreis zurücklegen, der in der Lage ist, Elektronen zu transportieren. Am unteren Ende gewinnt der Organismus Energie aus den Sulfiden und schickt die Elektronen nach oben. Oben, in der Nähe des sauerstoffreichen Meerwassers, kann es den reichlich vorhandenen Sauerstoff für die Atmung nutzen.
Die Bakterien leiten Elektronen vertikal und bringen ein Energiereservoir und eine Sauerstoffquelle zusammen. (Bild über die Natur) Infolgedessen wurden die Bakterien bisher nur in anaeroben Meeresbodensedimenten gefunden - aber in diesen Umgebungen fand das Forscherteam eine erstaunliche Menge von ihnen. Im Durchschnitt fanden sie in jedem Kubikzentimeter des getesteten Sediments 40 Millionen Zellen dieser Art von Bakterien, eine von ihnen berechnete Menge, die 117 Meter des superdünnen leitenden Kabels ausmachen könnte.
Obwohl die Organismen vorläufig taxonomisch in eine existierende Bakterienfamilie eingeordnet wurden, sagen die Forscher, dass sie sich radikal von allen anderen Bakterien unterscheiden, die wir bisher gefunden haben. "Sie sind so unterschiedlich, dass sie wahrscheinlich als neue Gattung gelten sollten", sagte Nielsen Ed Yong bei Discovers Not Exactly Rocket Science und stellte fest, dass sie nur 92 Prozent ihrer DNA mit anderen Spezies in der Familie teilen.
Im selben Stück dachte Nielsen auch über die Möglichkeit nach, dass die bisher unentdeckten Arten viel allgegenwärtiger als jetzt bekannt sein könnten. „Sie scheinen überall dort der optimale Organismus zu sein, wo Sauerstoffmangel herrscht. Warum sind sie nicht überall? “, Fragte Nielsen. "Oder sind sie überall?"
