Beeinflussen Mikroben das Klima?

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Zumindest in der Vergangenheit lösten Mikroben, die den heutigen Cyanobakterien ähneln, eine fast 300 Millionen Jahre andauernde Eiszeit (Huronische Eiszeit oder Paläoproterozoische Vereisung) aus. 

Diese Mikroben entwickelten sich vor über drei Milliarden Jahren und haben die besondere Fähigkeit, mithilfe von Sonnenlicht und CO2 Biomasse herzustellen, also Photosynthese zu betreiben. Die damalige Atmosphäre der Erde bestand hauptsächlich aus den beiden Treibhausgasen CO2 und Methan sowie Stickstoff und bot damit optimale Bedingungen für die Photosynthese. Die Photosynthese der frühen Cyanobakterien ist nahezu identisch mit der heutiger Pflanzen. Als Neben- oder Abfallprodukt der Photosynthese entsteht molekularer Sauerstoff. Jeglicher in der Atmosphäre vorhandene Sauerstoff stammt aus der Aktivität photosynthetischer Organismen wie Cyanobakterien, Algen und Pflanzen. 

Nennenswerten Sauerstoffkonzentrationen entstanden in der Atmosphäre etwa 2,4 Milliarden Jahre vor unserer Zeit, etwa eine Milliarde Jahre nach dem Auftreten der ersten Cyanobakterien und damit der Photosynthese. Vermutlich reagierte der erste Sauerstoff unter anderem mit Methan aus der Atmosphäre zu CO2 und Wasser, bevor er sich in nennenswerten Konzentrationen anreichern konnte. So verschwand das Treibhausgas Methan und zog einen gravierenden Klimawandel nach sich, die Huronische Eiszeit. 

Einige Wissenschaftler postulieren, dass der aus dem Verschwinden des Methans resultierende Klimawandel so stark war, dass die Erde bis in Äquatornähe eingefroren war (Schneeball-Erde). Die schneebedeckte Landschaft reflektierte viel Sonnenlicht, was zu einer weiteren Abkühlung der Atmosphäre und dem Voranschreiten der Eismassen in Richtung Äquator führte. Vermutlich bedurfte es einer Periode mit starker vulkanischer Aktivität, um die Huronische Eiszeit zu beenden. Die Hypothese und die geologischen Befunde der Schneeball-Erde sind allerdings umstritten. Unabhängig von der Klimaänderung löste die Anreicherung von Sauerstoff in der Atmosphäre eines der größten Massenaussterben der bisherigen Geschichte des irdischen Lebens aus. 

Auch beeinflussen Mikroben durch ihre schiere Masse weiterhin das Klima. So bilden Mikroben 90% der Biomasse in den heutigen Ozeanen (Phytoplankton). Photosynthetisch aktive Mikroben wie Cyanobakterien nehmen weiterhin CO2 aus der Atmosphäre auf. Andererseits setzen andere Bakterien die beispielsweise Pflanzenreste in Böden zersetzen, in großem Maße CO2 frei. De aktuelle Klimaerwärmung könnte daher zu einem Anstieg der Stoffwechselaktivität der Bodenbakterien und damit einer erhöhten CO2-Freisetzung führen. Viele Forscher sind daher der Meinung, dass Änderungen der mikrobiellen Aktivität in Permafrostböden, Wäldern und Meeren bei den aktuellen Klimamodellen nicht ausreichend berücksichtigt werden. Sie fordern daher, die Erforschung der Mikroben und ihrer Wechselwirkungen mit der Umwelt zu intensivieren und bei der Untersuchung des Klimawandels stärker zu berücksichtigen, sowie das Thema auch besser in den Lehrplänen abzubilden.

Zum Weiterlesen:

Mikrobe des Jahres 2014: „Nostoc – ein (Über-)Lebenskünstler“

Mikrobe des Jahre 2014: „Nostoc – Multitalent mit bewegter Vergangenheit“

L. Joel (2018) Ancient Earth froze over in a geologic instant. Science 06/18 

L. Joel (2019) Ancient ‘Snowball Earth’ thawed out in a flash. Science 04/19

© Text Fabian Brandenburg / VAAM, fabian.brandenburg[at]ufz.de, Abbildung Ingeborg Heuschkel, ingeborg.heuschkel[at]ufz.de, Nutzung gemäß CC 4.0