Kohlenstoff-, Stickstoff- und Schwefelkreisläufe offenbaren mikrobiologische Nischen in der Tiefsee des Atacama-Grabens

Leben in der tiefsten Dunkelheit

Weit unter der Meeresoberfläche vor Nordchile ist der Meeresboden kalt, dunkel und auf den ersten Blick karg. Dennoch beherbergen diese Sedimente lebhafte mikrobielle Gemeinschaften, die stillschweigend zentrale Elemente recyceln und so zur Habitabilität der Ozeane beitragen. Diese Studie untersucht, welche Mikroben dort leben und wie sie im Tiefenbereich der Atacama‑Graben‑Region ihre Energie gewinnen, und enthüllt sowohl ein weit verbreitetes „regen‑gefüttertes“ Tiefseeökosystem als auch eine verborgene Oase, die von chemischer Energie aus der Tiefe gespeist wird.

Zwei Wege, einen tiefen Ozean zu ernähren

Die Forschenden nahmen an einer Expedition im Peru–Chile‑Grabensystem teil und konzentrierten sich auf abyssale Sedimente in etwa 2.400 bis 4.000 Metern Tiefe. Die meisten beprobten Standorte waren typisch für den Tiefseeboden, wo das Leben von einem langsamen Nieselregen aus „Meeres‑Schnee“ lebt – winzigen Partikeln toter Planktonorganismen und anderem Detritus, das aus der lichtdurchfluteten Oberfläche absinkt. An diesen Stellen waren die mikrobiellen Gemeinschaften über Dutzende Kilometer überraschend einheitlich. Bakterien und Archaeen dominierten und ernährten sich hauptsächlich vom Abbau dieses gealterten organischen Materials, nutzten dort Sauerstoff, wo er verfügbar war, und vollzogen in tieferen Schichten einen Wechsel zu anderen Stoffwechselwegen.

Eine chemische Oase auf dem Meeresboden

Ein Standort stach jedoch hervor. In rund 2.800 Metern Tiefe fand das ferngesteuerte Fahrzeug dunklere Sedimente, leuchtend weiße mikrobielle Matten und Lager großer Muscheln. Diese Hinweise deuteten auf einen Cold Seep hin – eine Stelle, an der chemisch angereicherte Fluide ohne die Hitze eines hydrothermalen Schlots aus dem Meeresboden sickern. Hier schienen viele Mikroben statt vorwiegend auf herabfallendes Detritus eher auf reduzierte Schwefelverbindungen zuzugreifen, die aus der Tiefe als Energiequelle aufsteigen. Das Team entnahm Sedimentkerne in und um diese Stelle, um ihre Chemie und Biologie mit der umliegenden Ebene zu vergleichen.

Hinweise in Mineralen und Molekülen

Im Labor erzählten die Sedimente eine geschichtete Geschichte. In der gesamten Region waren Quarz- und andere Gesteinsfragmente mit den zerbrochenen Überresten von Diatomeen aus dem Oberflächenmeer vermischt, was die Verbindung zum Meeres‑Schnee bestätigte. Im besonderen Seep‑Bereich enthielt das obere Zentimeter Sediment jedoch kleine Kristalle von Dolomit, und tiefere Lagen waren mit eisenschwefelhaltigen Mineralen wie Pyrit durchsetzt. Zusammen mit erhöhten Schwefel‑ und Eisengehalten deuteten diese Minerale darauf hin, dass Seep‑Fluide früher intensive chemische Reaktionen im Schlamm gefördert hatten. Gleichzeitig zeigten Messungen des Porenwassers wenig Sauerstoff und Anzeichen starker Reduktion in tieferen Schichten – ideale Bedingungen für Mikroben, die Sulfat und andere Verbindungen anstelle von Sauerstoff zur Atmung nutzen.

Mikroben, die mit Schwefel handeln, nicht mit Methan

Das Team nutzte Metatranskriptomik, also das Auslesen aktiv exprimierter Gene, um zu kartieren, welche Mikroben was tun. Außerhalb des Seeps dominierten sauerstoffliebende Bakterien und Archaeen, die Ammoniak oxidieren und Stickstoff, Kohlenstoff sowie Spuren von Schwefel verarbeiten. Im Seep hingegen wimmelten die Oberflächenmatten von schwefeloxidierenden Bakterien, verwandten klassischen weißen filamentösen Formen, zusammen mit Muscheln, die interne schwefelverzehrende Partner beherbergen. Nur wenige Zentimeter tiefer änderte sich die Gemeinschaft scharf: Sauerstoffnutzer gingen zurück, und anaerobe Spezialisten übernahmen, darunter Mikroben, die Sulfat zu Sulfid reduzieren, Kohlenstoff durch gelöstes Kohlendioxid fixieren und hartnäckige organische Verbindungen abbauen. Auffällig war, dass die typischen methanverbrauchenden Archaeen, wie sie an vielen Cold Seeps vorkommen, nahezu fehlten und Schlüssengene für die Methanverarbeitung selten waren – ein Hinweis darauf, dass das System vorwiegend von Schwefel und nicht von Methan angetrieben wird.

Was uns diese verborgene Welt verrät

Geologische und genetische Befunde zusammen zeichnen das Bild einer Tiefseelandschaft mit zwei verflochtenen Lebensmodi. Der Großteil des Meeresbodens in dieser Region beherbergt Gemeinschaften, die vom langsamen Zerfall des Meeres‑Schnees leben und Kohlenstoff sowie Stickstoff auf recht stabile Weise recyceln. Im Gegensatz dazu fungiert der Cold Seep als lokalisierte Oase, in der chemische Energie aus reduziertem Schwefel dichte Matten aus Bakterien, Muscheln und ein hochspezialisiertes subsurfaces Mikrobiom unterstützt. Das Vorkommen sich auflösenden Dolomits und reichlich Pyrit deutet darauf hin, dass die Förderung früher stärker gewesen sein könnte, doch selbst heute bleibt der Schwefelkreislauf intensiv. Für den Laien ist die wichtigste Botschaft: Der tiefe Ozean ist keine einheitliche Wüste – subtile Entweichungen chemischer Energie können eigene Lebensräume schaffen, jeweils mit einem eigenen Ensemble mikroskopischer Akteure, die leise die globalen Kreisläufe von Kohlenstoff, Stickstoff und Schwefel formen.

Zitation: Arribas Tiemblo, M., Azua-Bustos, A., Sánchez-España, J. et al. Carbon, nitrogen, and sulfur cycling unveil deep-sea microbial niches in the Atacama Trench. Nat Commun 17, 4606 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70869-3

Schlüsselwörter: Tiefseemikroben, Cold Seep, Schwefelkreislauf, Meeres-Schnee, Atacama-Graben