Mikrobielle Gemeinschaften und Biomineralisationspotenzial im Bergpermafrost der Devaux-Eishöhle in den Zentralpyrenäen

Verborgenes Leben in einer verschwindenden Welt

Hoch in den Zentralpyrenäen schrumpft eine wenig bekannte Eishöhle, die Devaux-Höhle, stillschweigend, während das Klima sich erwärmt. In dieser gefrorenen Höhle entdeckten Wissenschaftler vielfältige Mikroben-Communities, die in Eis leben, das Tausende von Jahren alt sein kann. Diese winzigen Bewohner überdauern nicht nur dauerhafte Kälte und Dunkelheit; sie könnten auch dabei helfen, filigrane Mineralbildungen aufzubauen, die vergangenes Klima dokumentieren. Das Verständnis, wie dieses verborgene Ökosystem funktioniert, kann Aufschluss über die Zukunft des Bergpermafrosts geben, Hinweise auf Leben in anderen extremen Umgebungen liefern und sogar neue Ideen zur Nutzung von Mikroben für technologische Anwendungen inspirieren.

Die Höhle der drei Eisarten

Die Devaux-Höhle liegt knapp unter der Höhenlage, an der die Lufttemperaturen das ganze Jahr über um den Gefrierpunkt schwanken. Ihr Inneres ist in verschiedene Zonen gegliedert: fließendes Fluss- und Tropfwasser in der Nähe des Eingangs, saisonales Eis, das jedes Jahr schmilzt und wieder gefriert, und tiefere Bereiche mit mehrjährigem Permafrost-Eis, das von einem Jahr zum nächsten bestehen bleibt. Die Forschenden entnahmen Proben aus allen drei Habitaten — flüssiges Wasser, saisonales Eis und langlebiges Eis — um ihre Chemie und ihre Lebensgemeinschaften zu vergleichen. Sie stellten fest, dass der Aggregatzustand von Wasser (flüssig vs. gefroren) der entscheidende Faktor war, der die Proben trennte: flüssiges Fluss- und Tropfwasser unterscheidet sich chemisch deutlich vom Eis, insbesondere in Bezug auf Kohlenstoff und Hauptionen, was bestätigt, dass jeder Teil der Höhle eine andere Lebensumgebung bietet.

Seltsame Minerale geformt von Mikroben

Die Devaux-Höhle beherbergt eine Reihe ungewöhnlicher Minerale, so genannter kryogener Höhlenkarbonate, die entstehen, wenn Wasser gefriert und gelöste Stoffe in winzigen Restflüssigkeitstaschen konzentriert werden. Wenn diese Salzlösung konzentrierter wird, kristallisieren Mineralien wie Calcit, Aragonit, Vaterit, magnesiumreiches Calcit und Nesquehonit. Mit hochauflösenden Elektronenmikroskopen beobachtete das Team kugelige und nadelartige Karbonatstrukturen, die mineralischen Formen ähneln, die aus anderen Höhlen bekannt sind und von Mikroben beeinflusst werden. Mikrobielle Schleimschichten und Zelloberflächen können als Gerüst dienen, an dem Mineralkristalle keimen und wachsen, besonders unter leicht alkalischen Bedingungen, die reich an Kalzium und Magnesium sind. Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass die Minerale in Devaux nicht nur das Ergebnis einfachen Gefrierens sind, sondern auch biologischer Aktivität zugeschrieben werden können.

Gemeinschaften, die in Kälte und Dunkelheit gedeihen

Um zu erkennen, wer in diesem gefrorenen Habitat lebt, sequenzierten die Wissenschaftler genetische Marker von Bakterien, Archaeen und Mikro-Eukaryoten (einschließlich Pilzen und Algen). Sie entdeckten mehr als 9.000 verschiedene genetische Varianten, dominiert von Bakterien wie Proteobacteria, Actinobacteria und Patescibacteria — Gruppen, die häufig in kalten, nährstoffarmen Umgebungen vorkommen. Flüssiges Wasser und saisonales Eis nahe dem Eingang enthielten mehr lichtliebende Organismen, darunter Cyanobakterien und Grünalgen, was mit ihrer gelegentlichen Sonnenexposition übereinstimmt. Im Gegensatz dazu war tiefere, mehrjährig bestehende Eismasse angereichert mit Mikroben, die an Dunkelheit und Knappheit angepasst sind, darunter Gattungen wie Lysobacter, die komplexe organische Substanz zersetzen können. Pilzgattungen wie Penicillium und Cladosporium waren ebenfalls häufig vertreten und recyceln vermutlich die geringen Mengen organischen Materials. Bemerkenswerterweise konnten mehr als die Hälfte der eukaryotischen Sequenzen keinen bekannten Organismen zugeordnet werden, was auf ein großes Reservoir an »mikrobieller Dunkelheit« hinweist, das noch beschrieben werden muss.

Stoffwechseltricks, die Minerale bilden

Über die bloße Bestandsaufnahme hinaus nutzte das Team sowohl gezielte Genscreenings als auch vollständige Metagenomsequenzierung, um abzuschätzen, was diese Mikroben tun könnten. Im mehrjährigen Eis fanden sie Gene, die mit Kohlenstofffixierung, Fermentation, Methanmetabolismus sowie dem Kreislauf von Stickstoff und Schwefel verbunden sind — alles Schlüsselprozesse der verborgenen Chemie der Höhle. Entscheidend war der Nachweis von Genen für Enzyme, die die Mineralbildung fördern können: Ureasen und Ammonialysasen, die lokal den pH-Wert erhöhen, sowie Carboanhydrasen, die die Umwandlung von Kohlendioxid in Carbonationen beschleunigen. Sie identifizierten außerdem Wege für Nitrat- und Sulfatreduktion, Prozesse, die die Wasserchemie verändern und die Ausfällung von Carbonat- und Sulfatmineralen begünstigen können. Obwohl die Häufigkeit dieser Gene gering ist und direkte Aktivitäten nicht gemessen wurden, stützt ihr Vorhandensein zusammen mit den unter dem Mikroskop beobachteten Mineralformen stark die Idee, dass die Mikroben von Devaux langfristig bakterieninduzierte Mineralabscheidung antreiben.

Warum diese gefrorenen Mikroben wichtig sind

Die Devaux-Höhle zeigt, dass selbst in scheinbar leblosen Eismassen in den Bergen komplexe mikrobielle Gemeinschaften überdauern und ihre Umgebung subtil umgestalten. Jedes Habitat — fließendes Wasser, saisonales Eis und uraltes mehrjähriges Eis — beherbergt eine eigene Mischung aus Organismen und chemischen Bedingungen, und gemeinsam beeinflussen sie, welche Minerale sich bilden und wie sie wachsen. Für Nicht-Spezialisten ist die Kernbotschaft, dass Mikroben als stille Ingenieure der unterirdischen Welt wirken können und mineralische »Fingerabdrücke« hinterlassen, die vergangene Bedingungen dokumentieren. Während Permafrost und Eishöhlen durch den Klimawandel schwinden, bewahren Studien wie diese ein verschwindendes Archiv sowohl der Klimageschichte als auch der biologischen Vielfalt und liefern zugleich Analoge für eisige Umgebungen auf anderen Planeten und Monden, wo ähnliche Mikroben–Mineral-Partnerschaften eines Tages gefunden werden könnten.

Zitation: Muñoz-Hisado, V., Bartolomé, M., Osácar, M.C. et al. Microbial communities and biomineralization potential within mountain permafrost of the Devaux ice cave in the Central Pyrenees. Sci Rep 16, 6232 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37305-4

Schlüsselwörter: Eishöhlen, mikrobielles Leben, Biomineralisation, Permafrost, kryogene Minerale