Wie Strom durch Bakterienkabel fließt
Schon länger war bekannt, dass in den Böden von Gewässern Strom fließt. 2012 wiesen Wissenschaftler der Universität Aarhus nach, dass bestimmte Bakterien wie „Candidatus Electronema“ oder „Candidatus Electrothrix“ dafür verantwortlich sind. Eine einzelne solcher vertikal angeordneter Ketten wird von Zehntausenden Bakterien gebildet. Sie verbinden damit quasi im Teamwork sauerstoffreiche Zonen mit tieferen, sauerstoffarmen, aber nährstoffreichen Schichten.
Natürlicher Lebensraum nachgebaut
„Diese sogenannten Kabelbakterien kommen weltweit in den Sedimenten der Meere, Seen und Flüsse in gigantischen Mengen vor“, wird Andreas Schramm von der Universität Aarhus in einer Aussendung der Uni Wien zitiert. Gemeinsam mit Wiener Forschern ist es ihm nun gelungen, direkt in den Bakterienkabeln Stromfluss nachzuweisen.
Steffen Larsen
Phasenkontrastaufnahme von Kabelbakterien
In den oberen Zentimetern eines Quadratmeters Meeresboden finden sich tausende Kilometer an solchen Bakterienkabeln. Weil die Kabelbakterien noch nicht im Labor gezüchtet werden können, sind Experimente damit schwierig. Die Forscher um Michael Wagner vom Department für Mikrobiologie und Ökosystemforschung der Universität Wien hatten die Idee, die sogenannte Raman-Mikrospektroskopie einzusetzen, um direkt in einzelnen Bakterienkabeln Stromfluss nachzuweisen.
Studie
Long-distance electron transport in individual, living cable bacteria, PNAS, 7.5.2018
Dazu bauten sie mikroskopisch kleine Kammern mit Luft auf der einen und Sediment auf der anderen Seite. Das Sediment war mit Schwefelwasserstoff angereichert und enthielt Kabelbakterien. Vom Sediment aus wuchsen die Mikroben durch die wassergefüllte Kammer, bis sie nach rund 24 Stunden die wenige Zentimeter entfernte Luft erreichten.
Kabelbakterien ziehen andere Mikroben an
Mit Hilfe der Raman-Mikrospektroskopie konnte über die gesamte Länge der Bakterienstränge gemessen werden, ob bestimmte Transportproteine der Bakterien mit Elektronen beladen waren oder nicht. Kappten die Forscher die Verbindung der Kabel zum Sauerstoff, war ein Großteil dieser Proteine mit Elektronen beladen - der erste direkte Nachweis des Stomflusses in den Kabeln. „Die Kabelbakterien entziehen also dem Schwefelwasserstoff Elektronen und transportieren sie zu dem luftgefüllten Loch, um sie dort auf den Sauerstoff zu übertragen und so Energie zu gewinnen“, so Wagners Kollege David Berry.
Bei den Versuchen zeigte sich aber ein weiteres Phänomen: Andere Bakterien schwammen systematisch zu den Kabelbakterien und bildeten regelrechte Schwärme um die „Kabel“ - solange die Kontakt zur Luft hatten. Sobald der Kontakt zum Sauerstoff gekappt wurde, waren die Bakterienstränge nicht mehr interessant für die anderen Mikroben. Möglicherweise profitieren also nicht nur die Kabelbakterien selbst von der Verkabelung der Gewässerböden, sondern auch andere Lebewesen, vermuten die Forscher, die diese Interaktion nun näher untersuchen wollen.
science.ORF.at/APA