In Anbetracht der vorherrschenden Winde vermutete David J. Smith, dass die auf einem schlafenden Vulkan in Oregon gesammelten Luftproben mit DNA-Signaturen von toten Mikroorganismen aus Asien und dem Pazifik gefüllt sein würden. Er hatte nicht erwartet, dass irgendetwas die Reise durch die raue obere Atmosphäre zur Forschungsstation am Mount Bachelor Observatory auf 9000 Fuß Höhe überstehen würde.
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"Ich dachte, wir würden im Grunde nichts als tote Biomasse sammeln", sagt Smith, ein Forscher am Ames Research Center der NASA.
Als sein Team im Frühjahr 2011 mit den Proben aus zwei großen Staubwolken ins Labor kam, entdeckten sie eine blühende Gruppe von Anhängern. Mehr als 27 Prozent der Bakterienproben und mehr als 47 Prozent der Pilzproben lebten noch.
Letztendlich entdeckte das Team etwa 2.100 Arten von Mikroben, darunter eine Art Archea, die bisher nur vor der Küste Japans isoliert worden war. "In meinen Augen war das die rauchende Waffe", sagt Smith. Asien, wie er gerne sagt, hatte Nordamerika geniest.
Seit Darwin in den 1830er Jahren auf der HMS Beagle 1000 Meilen westlich von Afrika windgepeitschten Staub sammelte, wurden im Himmel Mikroben gefunden. Technologien für DNA-Analyse, Höhenerfassung und atmosphärische Modellierung bieten Wissenschaftlern jedoch einen neuen Blick auf das überfüllte Leben hoch über der Erde. Jüngste Forschungsergebnisse legen beispielsweise nahe, dass Mikroben versteckte Akteure in der Atmosphäre sind, Wolken bilden, Regen verursachen, Krankheiten zwischen Kontinenten verbreiten und möglicherweise sogar das Klima verändern.
"Ich betrachte die Atmosphäre als Autobahn im wahrsten Sinne des Wortes", sagt Smith. "Es ermöglicht den Austausch von Mikroorganismen zwischen Ökosystemen, die Tausende von Kilometern voneinander entfernt sind, und für mich ist dies eine tiefgreifendere ökologische Konsequenz, die wir noch nicht vollständig erkannt haben."
Mikroben in der Luft haben möglicherweise enorme Auswirkungen auf unseren Planeten. Einige Wissenschaftler führen einen Ausbruch der Maul- und Klauenseuche in Großbritannien im Jahr 2001 auf einen riesigen Sturm in Nordafrika zurück, der nur eine Woche vor den ersten gemeldeten Fällen Staub und möglicherweise Sporen der Tierseuche Tausende von Kilometern nach Norden trug.
Das Blauzungenvirus, das Haus- und Wildtiere befällt, war bisher nur in Afrika verbreitet. Aber es ist jetzt in Großbritannien zu finden, wahrscheinlich das Ergebnis der vorherrschenden Winde.
Wissenschaftler, die den Rückgang von Korallenriffen in nahezu unberührten Gebieten der Karibik untersuchen, weisen auf Staub und Mikroben hin, die während afrikanischer Staubstürme aufgewühlt und als Täter nach Westen gebracht wurden. Ein bestimmter Pilz, der Meeresfans tötet, kam 1983 zum ersten Mal an, sagen Forscher, als eine Dürre in der Sahara Staubwolken erzeugte, die über den Atlantik schwebten.
Im Westen von Texas haben Forscher der Texas Tech University Luftproben von zehn Rinderfutterplätzen gegen den Wind und gegen den Wind gesammelt. Antibiotikaresistente Mikroben waren in den Proben vor dem Wind um 4.000 Prozent häufiger. Philip Smith, außerordentlicher Professor für terrestrische Ökotoxikologie, und Greg Mayer, außerordentlicher Professor für molekulare Toxikologie, gaben an, die Arbeit stelle eine Grundlage für die weitere Forschung dar.
Sie haben eine Studie über die Lebensfähigkeit abgeschlossen, die Anfang 2016 veröffentlicht werden soll, und wollen sich mit den Fragen befassen, wie weit sich die Partikel bewegen und ob Resistenzen auf einheimische Bakterien übertragen werden können. Antibiotika, so Mayer, existierten in der Natur lange bevor die Menschen sie ausliehen. Aber was passiert, wenn sie sich an Orten konzentrieren oder sich im Wind ausbreiten?
Klar ist, dass es weitaus lebensfähigere Mikroben an weitaus unwirtlicheren Orten gibt, als Wissenschaftler erwartet hatten.
Forscher des Georgia Institute of Technology untersuchten mit Unterstützung eines NASA-Forschungsstipendiums Luftproben, die von einem Flugzeug gesammelt wurden, das bei Wirbelstürmen Meilen über der Erde flog. Sie fanden heraus, dass lebende Zellen etwa 20 Prozent der sturmgeworfenen Mikroben ausmachten.
"Wir hatten nicht erwartet, auf 10.000 Metern so viele intakte und lebendige Bakterienzellen zu finden", sagt Kostas Konstantinidis, Mikrobiologe am Georgia Institute of Technology.
Konstantinidis und sein Team interessieren sich besonders dafür, wie Mikroben zur Wolkenbildung und zum Niederschlag beitragen. Kerne in Bakterien in der Luft lösen Kondensation aus. Einige Wissenschaftler glauben heute, dass Mikroben eine wichtige Rolle in der Meteorologie spielen könnten. "Sie haben ein großes Potenzial, die Wolkenbildung und das Klima zu beeinflussen", fügt Konstantinidis hinzu.
Unterdessen ist Smith fasziniert davon, wie Mikroben nach tagelangen Reisen in der rauen Strahlung der oberen Atmosphäre überleben oder sich vielleicht selbst reparieren. Ein NASA-Projekt, EMIST (Exposing Microorganisms in the Stratosphere), das von Smith angeführt wurde, hat zweimal sporenbildende Bakterien auf einem Ballon in eine Höhe von 125.000 Fuß über der Wüste von New Mexico befördert, um ihr Überleben zu untersuchen.
Für die NASA steht die Arbeit im Zusammenhang mit dem Schutz der Planeten. Wenn ein mit Erdbakterien kontaminiertes Raumschiff den Mars erreicht - mit ähnlichen Bedingungen wie die Erdstratosphäre - und die Bakterien überleben, könnte dies unsere Suche nach Beweisen für das Leben auf dem Mars erschweren oder sogar einheimische Mikroben abtöten, falls sie existieren.
Aber es gibt auch viel breitere Möglichkeiten. Wie frühere Forscher, die auf der Suche nach Wundermitteln den Regenwald erforschten, könnten Forscher eines Tages bei den winzigen Bewohnern der Atmosphäre Heilmittel finden. Vielleicht können atmosphärische Bakterien uns den ultimativen Sonnenschutz und Schutz vor Strahlung bieten.
"Es ist außergewöhnlich, dass ein Organismus, der eine solch raue Umgebung übersteht, in vielen Fällen eine einzelne Zelle ist", sagt Smith.
Ein wissenschaftlicher Ballon zeigt das NASA-Experiment zur Exposition von Mikroorganismen in der Stratosphäre (E-MIST) kurz vor dem Start am 24. August 2014. Das Experiment setzte Erdbakterien der oberen Atmosphäre aus, um herauszufinden, ob sie die harten Bedingungen überstehen können. (NASA)
