Mikroorganismen leben in der sogenannten „Biokruste“ der Wüstenböden und versorgen diesen mit Kohlenstoff und Stickstoff, wirken der Bodenerosion entgegen und dienen als Wasserspeicher. Sie scheinen dabei langen Dürrezeiten zu trotzen und plötzliche Regengüsse bestmöglich nutzen zu können. Bisher sei aber unklar gewesen, wie die Mikroorganismen unter diesen Umständen noch funktionieren können, heißt es in einer Aussendung der Uni Wien zu der nun erschienen im Journal „Nature Communications“ erschienenen Studie
Das Team um Dagmar Woebken, die am Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft tätig ist, studierten die Situation von Mikroorganismen in Biokrusten aus der israelischen Negev-Wüste und nahmen deren Überlebensstrategien genauer in den Blick. Und sie entdeckten dabei eine Art „All-in“-Reaktivierungsstrategie: „Die Bakterien nutzen die kurzen Regenereignisse optimal aus, da in diesem schmalen Aktivitätsfenster nahezu die gesamte mikrobielle Vielfalt und fast alle Zellen aktiv werden“, so die Forschenden. Lange Dürreperioden versetzen die Bakterien allerdings in eine Art Ruhezustand.
Zwischen Ruhe und Aktivität
Bei Regensimulationen im Labor beobachteten die Forschenden, dass „innerhalb der ersten 15 bis 30 Minuten des Regens fast alle bakteriellen Gruppen der Biokruste von einem ruhenden Modus in einen aktiven Modus wechselten“, so Dimitri Meier, gemeinsam mit Stefanie Imminger ist er Erstautor der Studie. Ihre Aktivitätsphasen nutzen die Bakterien für die Energiegewinnung und Reparatur ihres Genoms, bevor sie sich in den nächsten Ruhezustand versetzen.
Die Beregnung mit stabilem, Isotopen-markierten Wasser ließ die Organismen bzw. einzelne aktive Zellen das schwere Wasserstoffatom einbauen und schuf damit die Basis, den Anteil der reaktivierten Biobodenkrustenzellen zu ermitteln: Fast alle werden reaktiviert, aber nur ein kleiner Teil der Zellen kann sich bei diesen kurzen Regenperioden, die in sehr trockenen Wüsten oft nur ein bis zwei Tagen dauern, verdoppeln, lautet das Ergebnis.
Biokrustenbakterien seien „ideal angepasst, kurzfristige Veränderungen im Wassergehalt des Bodens auszuhalten, was eine sehr stressige Situation für die Zellen darstellt. Damit überleben sie den plötzlichen Anstieg im Wassergehalt beim Regen, aber auch die anschließende Austrocknung. Zudem ist die vielfältige mikrobielle Gemeinschaft in der Lage, sofort zu reaktivieren, was von großem Nutzen ist, wenn man in wenigen Stunden bis Tagen wieder in Ruhezustand zurückkehren wird müssen“, so Woebken.