Die verborgene Biosphäre – Leben, wo niemand hinsieht

0:00 Willkommen zu einer neuen Folge von Schlafreise durch die Natur, deinem Podcast zum Entspannen, Loslassen und lernen. Kennst du schon unsere anderen Schlafreisereien wie Schlafreise durch vergessene Welten. Heute laden wir dich ein, mit uns hinabzusteigen in eine Welt, die den meisten Menschen völlig unbekannt ist. Die tiefe Biosphäre unter unseren Füßen. Mach es dir bequem, schließe sanft deine Augen und lass uns gemeinsam in die Dunkelheit hinabsteigen, dorthin, wo das Leben unter extremsten Bedingungen gedeiht. Kilometer unter der Erdoberfläche stell dir vor, du beginnst eine Reise nach unten durch die Erdschichten hindurch, die ersten Meter unter der Oberfläche sind dir vielleicht vertraut.

0:54 Der Boden eines Gartens voller Wurzeln, Regenwürmer und Insekten. Doch wir steigen tiefer, viel tiefer, die Wurzeln verschwinden, das Licht wird vollständig verschluckt, die Temperatur beginnt zu steigen und trotzdem, selbst hier, in der scheinbar lebensfeindlichen Dunkelheit, pulsiert das Leben. Die Entdeckung der tiefen Biosphäre ist eine der revolutionärsten Erkenntnisse der Biologie der letzten on Jahrzehnte.

1:28 Lange glaubten Wissenschaftler, dass Leben nur in einer dünnen Schicht an der Erdoberfläche existiert, in den Ozeanen, auf dem Land, in der Atmosphäre. Alles leben, so dachte man, ist letztlich von der Sonne abhängig, von der Photosynthese, die Sonnenlicht in chemische Energie umwandelt. Doch in den 1900 20er Jahren begannen erste Hinweise aufzutauchen, dass diese Annahme falsch sein könnte.

1:58 Der amerikanische Mikrobiologe Adson Bastin entdeckte 1926 Bakterien in Ölquellen mehr als 600 Meter unter der Erdoberfläche. Seine Kollegen waren skeptisch, vielleicht waren die Proben kontaminiert, vielleicht waren die Bakterien von der Oberfläche hinabgewaschen worden, doch baston blieb bei seinen Beobachtungen.

2:24 Es sollte noch Jahrzehnte dauern, bis seine Entdeckungen ernst genommen wurden. Der Durchbruch kam in den 1900 80er Jahren der amerikanische Mikrobiologe Thomas Gold postulierte die Existenz einer heißen, tiefen Biosphäre, einer gigantischen unterirdischen Lebenswelt, die unabhängig von der Sonne existiert. Seine Theorien waren umstritten, aber sie inspirierten eine neue Generation von Forschern, tiefer zu bohren und genauer zu suchen. Was sie fanden, übertraf alle Erwartungen. Heute wissen wir, dass die tiefe Biosphäre real ist und größer als jeder je vermutet hätte.

3:12 Schätzungen zufolge beherbergt der Untergrund zwischen 15 und 23 Milliarden Tonnen Kohlenstoff in Form von Mikroorganismen. Das ist etwa das 245 bis 385 fache der Kohlenstoffmasse aller Menschen auf der Erde zusammen. Die tiefe Biosphäre könnte 50 bis 80% aller Bakterien und Archaeen auf unserem Planeten enthalten. Wir leben buchstäblich auf einer dünnen Kruste über einem riesigen unterirdischen Ozean des Lebens. Lass uns tiefer steigen, bis etwa 100 Meter unter die Oberfläche, hier beginnt die Zone, die Wissenschaftler als die oberflächennahe tiefe Biosphäre bezeichnen, der Boden ist dicht, der Druck nimmt zu, aber Wasser kann noch durch Poren und Risse sickern.

4:07 Dieses Grundwasser trägt gelösten Sauerstoff und organische Moleküle mit sich. Nahrung für Mikroorganismen Bakterien der Gattungen Pseudomonas und Bacillus leben hier ebenso wie verschiedene Archaeen, jene uralten Einzeller, die einst für primitive Bakterien gehalten wurden, aber tatsächlich eine eigene Domäne des Lebens bilden.

4:33 Diese Organismen leben in einem völlig anderen Tempo als das Leben an der Oberfläche. Während eine Bakterienzelle an der Oberfläche sich alle 20 Minuten teilen kann, kann es in der tiefe Monate, Jahre oder sogar Jahrhunderte dauern, bis sich eine Zelle teilt. Das Leben hier ist im Zeitlupentempo eine extrem verlangsamte Existenz, angepasst an die spärlichen Ressourcen der Tiefe.

5:02 Wir steigen weiter auf 500 Meter Tiefe. Hier wird es merklich wärmer, etwa 15 bis 20 Grad Celsius, abhängig vom geothermischen Gradienten der Region. Der geothermische Gradient beschreibt, wie schnell die Temperatur mit der Tiefe zunimmt, im globalen Durchschnitt etwa 25 bis 30 Grad pro Kilometer.

5:24 In dieser Tiefe gibt es kein Sonnenlicht mehr, keinen Sauerstoff, der von der Oberfläche nachströmt. Doch das Leben findet einen Weg. Hier unten leben chemotrophe Mikroorganismen, Lebewesen, die ihre Energie nicht aus Sonnenlicht, sondern aus chemischen Reaktionen beziehen. Sie nutzen zum Beispiel Wasserstoff, der durch geologische Prozesse im Gestein freigesetzt wird, und kombinieren ihn mit Kohlendioxid oder Sulfat, um Energie zu gewinnen. Diese Prozesse nennt man Chemosynthese. Und sie sind völlig unabhängig von der Photosynthese an der Erdoberfläche.

6:07 Ein besonders faszinierender Organismus, den Wissenschaftler in dieser Tiefe entdeckt haben, trägt den Namen Candidatus Desulforudis Audax Viator, der mutige Reisende, der alleine wagt. Dieser Mikroorganismus wurde 2008 in einer Goldmine in Südafrika gefunden, 2,8 Kilometer unter der Oberfläche. Das Besondere erscheint als einzige Art in seinem Habitat zu existieren, ein komplettes Ökosystem aus nur einer einzigen Spezies.

6:43 Er kann alle lebensnotwendigen Substanzen selbst herstellen, gewinnt Energie aus dem radioaktiven Zerfall von Uran im umgebenden Gestein und benötigt weder Sonnenlicht noch organische Nahrung. Von anderen Organismen. Lassen wir uns noch tiefer tragen auf 1000 Meter unter die Oberfläche. Die Temperatur steigt auf etwa 30 bis 40 Grad Celsius. Der Druck beträgt nun etwa 100 Atmosphären hundertmal so hoch wie an der Erdoberfläche.

7:15 Das Gestein hier ist alt, manche Gesteine wurden seit Millionen oder sogar Milliarden Jahren nicht mehr vom oberflächennahen Wasserkreislauf berührt, und doch finden Wissenschaftler hier leben. In dieser Tiefe dominieren extremophile Mikroorganismen Lebewesen, die unter extremen Bedingungen gedeihen, thermophile Bakterien und Archaeen lieben hohe Temperaturen, barophile Organismen sind an hohen Druck angepasst, halophil können in extrem salzigen Umgebungen überleben viele dieser Organismen kombinieren mehrere dieser Extremtoleranzen.

7:57 Eine bemerkenswerte Entdeckung machten Forscher in den zweitausender Jahren in der Kittmine in Kanada. In 3 Kilometern Tiefe fanden sie Wasser, das seit mindestens 1,5 Milliarden Jahren vom Oberflächenwasser isoliert war, älter als die meisten mehrzelligen Lebensformen auf der Erde. Dieses uralte Wasser enthielt gelöstes Methan, Schwefelverbindungen und Wasserstoff, und es war bewohnt. Die Mikroorganismen in diesem Wasser hatten sich über Ionen hinweg von der Oberfläche isoliert entwickelt und überlebt.

8:36 Wir sinken weiter auf 2000 Meter Tiefe, die Temperatur erreicht nun 50 bis 60 Grad Celsius für die meisten Lebensformen der Oberfläche wäre dies tödlich, aber für die hyperthermophilen Archaeen und Bakterien hier unten sind das angenehme Bedingungen. Diese Organismen besitzen speziell angepasste Proteine und Zellmembranen, die bei diesen Temperaturen stabil bleiben. Die tiefe Biosphäre ist nicht gleichmäßig verteilt, leben konzentriert sich dort, wo Wasser vorhanden ist, wo Nährstoffe verfügbar sind, wo chemische Energiequellen existieren, Risse und Brüche im Gestein, sogenannte Klüfte. Sind wie Autobahnen für unterirdisches Wasser und damit auch für Mikroorganismen.

9:28 Poröse Gesteine wie Sandstein oder Zerklüfteter Basalt beherbergen mehr leben als dichte, undurchdringliche Schichten in den Tiefen der ozeanischen Kruste, dem Gestein unter dem Meeresboden, haben Forscher besonders vielfältige mikrobielle Gemeinschaften entdeckt. Hier zirkuliert hydrothermales Wasser durch das Gestein erhitzt. Durch den Kontakt mit dem Erdmantel. Dieses heiße Wasser löst Mineralien aus dem Gestein und transportiert sie, wo es wieder abkühlt, Fällen diese Mineralien aus und bilden neue Gesteine in diesem dynamischen System gedeihen ganze Ökosysteme von Mikroorganismen. Die hydrothermalen Schlote am Meeresboden, die schwarzen und weißen Raucher sind nur die sichtbarste Manifestation dieser unterirdischen Prozesse.

10:27 Aber der Großteil des Lebens spielt sich nicht an diesen spektakulären Schloten ab, sondern tief im Gestein, darunter in einem Netzwerk von Rissen und Poren, durchzogen von heißem, mineralreichem Wasser, steigen wir noch tiefer auf 3000 Meter, die. Die Temperatur liegt nun bei 70 bis 90 Grad Celsius. Hier stoßen wir auf die Grenzen des Lebens, wie wir es kennen. Der aktuelle Rekord für die tiefste Entdeckung von aktivem Leben liegt bei etwa 5 Kilometern unter der Meeresoberfläche, wo Temperaturen von etwa 120 Grad Celsius herrschen, jenseits davon wird es zu heiß. Die chemischen Bindungen in DNA und Proteinen beginnen zu brechen und selbst die Robustesten bekannten Organismen können nicht überleben.

11:21 Diese Temperaturgrenze, etwa 120 bis 122 Grad Celsius, wird manchmal als die Fieberkurve des Lebens bezeichnet, darüber können keine Zellen mehr funktionieren, keine Stoffwechselprozesse mehr ablaufen, doch selbst diese Grenze ist nicht absolut. Manche Wissenschaftler vermuten, dass es noch unentdeckte Lebensformen geben könnte, die auch bei höheren Temperaturen existieren können, möglicherweise mit völlig anderen biochemischen Mechanismen. Die tiefe Biosphäre wirft fundamentale Fragen über die Natur des Lebens auf wie langsam kann leben sein und noch als lebendig gelten?

12:06 Manche Mikroorganismen in der Tiefe sind so inaktiv, dass sie praktisch in einer Art Stasis existieren. Ihre Stoffwechselrate ist so niedrig, dass sie kaum messbar ist. Teilen Sie sich auch nur alle paar Jahrhunderte einmal, sind sie wirklich lebendig im herkömmlichen Sinne oder befinden sie sich in einem Zwischenzustand zwischen Leben und Nichtleben?

12:33 Die Erforschung der tiefen Biosphäre hat auch Auswirkungen auf unsere Suche nach außerirdischem Leben. Wenn leben Kilometertief unter der Erdoberfläche existieren, kann, geschützt vor Strahlung, extremen Temperaturen und dem Vakuum des Weltraums könnte leben dann nicht auch im Untergrund anderer Planeten existieren?

12:59 Der Mars hat möglicherweise eine tiefe Biosphäre, die. Die Eismonde des Jupiter und Saturn Europa Enceladus könnten unter ihren dicken Eiskrusten Ozeane beherbergen und in diesen Ozeanen am Grund, wo hydrothermale Aktivität herrscht, könnte Leben existieren. Die Entdeckung der tiefen Biosphäre verändert auch unser Verständnis der globalen Kohlenstoff und Nährstoffkreisläufe. Die Mikroorganismen in der Tiefe spielen eine wichtige Rolle bei der Transformation und Speicherung von Kohlenstoff. Sie beeinflussen die Chemie des Grundwassers, die Bildung von Mineralien, sogar die Bewegung tektonischer Platten, denn die mikrobiellen Prozesse verändern die Eigenschaften des Gesteins, es gibt auch praktische

13:54 Anwendungen, das Verständnis der tiefen Biosphäre ist wichtig für die Ölförderung. Manche Mikroorganismen produzieren Methan oder helfen beim Abbau von Öl für die Endlagerung radioaktiver Abfälle müssen wir verstehen, wie Mikroorganismen in der tiefe Radionuklide transportieren oder konzentrieren könnten für die Gewinnung von Grundwasser ist es wichtig zu wissen, wie unterirdische Mikroben die Wasserqualität beeinflussen, die Erforschung der Tiefenbiosphäre ist technisch extrem herausfordernd.

14:31 Bohrungen von mehreren Kilometern Tiefe sind teuer und aufwendig. Kontamination ist ein ständiges Problem. Wie kann man sicher sein, dass die gefundenen Mikroorganismen wirklich aus der Tiefe stammen und nicht mit dem Bohrwasser von der Oberfläche eingebracht wurden? Spezielle Techniken wie die Verwendung von Tracern und die Analyse der genetischen Vielfalt helfen. Echte tiefe Mikroben von Kontaminanten zu unterscheiden ein faszinierendes Forschungsfeld ist die Frage nach dem Ursprung des Lebens.

15:07 Manche Wissenschaftler vermuten, dass das Leben nicht an der Oberfläche der frühen Erde entstand, sondern in der Tiefe, geschützt vor den harschen Bedingungen an der Oberfläche der intensiven UV Strahlung, den Asteroideneinschlägen, den extremen Klimaschwankungen. Die hydrothermalen Systeme in der Tiefe könnten die idealen Geburtshelfer für die ersten Lebensformen gewesen sein. Diese Hypothese der heißen Tiefursprung des Lebens wird durch die Tatsache gestützt, dass die ältesten und primitivsten bekannten Lebensformen, die Hyperthermophilen, Archäen und Bakterien. Genau die Art von Organismen sind die heute in den heißesten Tiefenhabitaten leben.

15:58 Vielleicht schauen wir, wenn wir in die tiefe Biosphäre blicken, auf die lebenden Nachfahren der ersten Organismen auf der Erde, die genetische Vielfalt in der tiefen Biosphäre ist erstaunlich DNA, sequenzierungen haben Tausende bisher unbekannter Arten von Bakterien und Archaeen entdeckt. Viele dieser Organismen bilden völlig neue Zweige im Stammbaum des Lebens, manche haben genetische Fähigkeiten, die wir bisher nicht kannten. Neue Wege der Energiegewinnung, neue Stoffwechselprozesse, neue Anpassungen an extreme Bedingungen. Ein besonders faszinierendes Beispiel ist die Entdeckung der sogenannten Asgard Archäen in Tiefsee Sedimenten. Diese Organismen haben genetische Merkmale, die sie als mögliche Vorfahren oder nahe

16:54 Verwandte der eukaryotischen Zellen, also der Zellen, aus denen alle komplexen Lebensformen, einschließlich uns Menschen, bestehen, kennzeichnen. Die tiefe Biosphäre könnte uns Hinweise auf die evolutionären Ursprünge allen komplexen Lebens geben. Die Interaktionen zwischen den verschiedenen Mikroorganismen in der tiefen Biosphäre sind komplex.

17:19 Manche Organismen produzieren Wasserstoff oder Methan, das andere als Nahrung nutzen, manche bauen große organische Moleküle ab, andere bauen neue auf, es entstehen mikrobielle Gemeinschaften, in denen verschiedene Arten zusammenarbeiten. Syntrophie nennen Wissenschaftler diese Form der Zusammenarbeit, bei der keine der beteiligten Arten alleine überleben könnte.

17:48 Aber zusammen gedeihen sie, die Zeitskalen in der tiefen Biosphäre sind schwer vorstellbar, während an der Oberfläche Ökosysteme in Jahren oder Jahrzehnten dramatisch verändert werden können, läuft in der Tiefe alles extrem langsam ab. Eine mikrobielle Gemeinschaft in 3 Kilometern Tiefe könnte seit Millionen von Jahren unverändert existieren, eingeschlossen in ihrem felsigen Habitat, vollkommen isoliert von der Oberfläche.

18:23 Manche Wissenschaftler spekulieren, dass diese tiefen Biosphären wie Archen funktionieren könnten, Refugien, in denen leben Katastrophen an der Oberfläche überdauern kann. Während Asteroideneinschläge, Vulkanausbrüche oder Eiszeiten das Leben an der Oberfläche dezimieren, bleibt das Leben in der Tiefe unbeeinträchtigt. Nach der Katastrophe könnte das Leben aus diesen tiefen Refugien wieder die Oberfläche besiedeln.

18:55 Diese Hypothese hat interessante Implikationen für die Geschichte des Lebens auf der Erde, die. Die großen Massen aussterben, die das Leben an der Oberfläche mehrfach fast ausgelöscht haben, hatten möglicherweise kaum Auswirkungen auf die tiefe Biosphäre. Das Leben in der Tiefe ist robust, geduldig, widerstandsfähig, ein stiller Zeuge der dramatischen Ereignisse an der Oberfläche, während wir nun langsam wieder aufsteigen, aus der Tiefe zurück zur Oberfläche. Können wir über die Bedeutung dieser verborgenen Welt nachdenken?

19:33 Die tiefe Biosphäre erinnert uns daran, wie wenig wir über unseren eigenen Planeten wissen, wir haben die Oberfläche kartiert, die Atmosphäre erforscht, die Ozeane vermessen, aber das Innere der Erde, die feste Erde unter unseren Füßen, ist in vielerlei Hinsicht unerforschtes Territorium. Die Entdeckung dieser riesigen unterirdischen Lebenswelt verändert unser Verständnis der Erde als Lebensraum.

20:04 Leben ist nicht auf eine dünne Haut an der Oberfläche beschränkt, es durchdringt den Planeten bis in große Tiefen, die Erde ist durch und durch lebendig, ein Planet, dessen Biosphäre sich von der Atmosphäre bis tief in die Kruste erstreckt. Diese Erkenntnis sollte uns mit Ehrfurcht erfüllen und uns gleichzeitig unsere Verantwortung bewusst machen, die Oberfläche der Erde, wo wir leben, ist nicht isoliert von der tiefe, Grundwasser verbindet beide Welten, was wir an der Oberfläche tun, Verschmutzung, Bergbau, die Injektion von Abwasser in tiefe Schichten kann die tiefe Biosphäre beeinflussen.

20:50 Und umgekehrt beeinflussen die Prozesse in der Tiefe die Oberfläche. Die Qualität unseres Trinkwassers, die Stabilität des Untergrunds, die globalen Kreisläufe von Elementen. Die tiefe Biosphäre lehrt uns auch Bescheidenheit, wir Menschen dominieren die Oberfläche des Planeten, aber in Bezug auf die Gesamtbiomasse sind wir verschwindend klein im Vergleich zu den Billionen von Mikroorganismen, die unter unseren Füßen leben, die.

21:20 Diese unsichtbaren Lebensformen waren vor uns da. Sie werden nach uns da sein, Sie haben Eiszeiten überdauert, Massenaussterben überlebt, tektonische Umwälzungen überstanden und doch so robust das Leben in der Tiefe auch ist, so zerbrechlich ist das Leben an der Oberfläche, die komplexen Ökosysteme. Die Wälder und Korallenriffe, die Vielfalt der Arten, die Stabilität des Klimas, all das ist das Ergebnis von Millionen Jahren Evolution und kann leicht gestört werden. Die tiefe Biosphäre mag als Backup System dienen, aber sie kann nicht die Vielfalt und Schönheit des Lebens an der Oberfläche ersetzen, während wir wieder das Tageslicht erreichen, zurück an der Oberfläche unseres erstaunlichen Planeten. Nehmen wir die Lektion mit.

22:16 Die Erde ist ein komplexes vernetztes System, in dem Leben in unzähligen Formen existiert, von den höchsten Berggipfeln bis in die tiefsten Tiefen der Erdkruste. Jeder Teil dieses Systems ist wertvoll, jeder spielt seine Rolle. Unsere Aufgabe ist es, dieses wunderbare Gleichgewicht zu schützen und zu bewahren.

22:42 Für uns und für alle Lebensformen sichtbar und unsichtbar, die diesen Planeten ihr zu Hause nennen. Gute Nacht und mögest du gut ruhen, getragen vom Wissen, das unter dir tief in der Erde das Leben weitergeht, still und geduldig, seit Milliarden von Jahren.