Nach mehreren kleinen Erdbeben, die 2021 das vulkanische Feld des Yellowstone bedrohten, wurden unerwartete ökologische Veränderungen in unterirdischen mikrobiellen Gemeinschaften dokumentiert. Diese Entdeckung wurde von Professor Eric Boyd aus dem Department für Mikrobiologie und Zellbiologie der Montana State University und seinen Kollegen gemacht, die ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift PNAS Nexus veröffentlichten.

Mechanismen der mikrobiellen Aktivität

Unterirdische mikrobiologische Gemeinschaften beziehen ihre Energie aus chemischen Reaktionen, die durch die Wechselwirkungen zwischen Felsen und Wasser unter der Erdoberfläche entstehen, wo kein Sonnenlicht eindringt. Anstatt auf Fotosynthese angewiesen zu sein, hängen diese lebenden Organismen von chemischen Reaktionen ab, die stattfinden, wenn Wasser durch rissige Gesteine fließt. Diese Chemie liefert die Energie, die für viele Formen des unterirdischen Lebens notwendig ist.

Einfluss von Erdbeben auf chemische Reaktionen

Erdbeben können neue Gesteine freilegen, eingeschlossene Flüssigkeiten freisetzen und den Flussweg des Wassers verändern. Dies führt zu neuen chemischen Reaktionen und verändert das „chemische Menü“ für unterirdische Mikroben. Jede dieser Auswirkungen kann neue chemische Reaktionen hervorrufen, die im Gegenzug die Arten von Energie verändern, welche den mikrobiellen Gemeinschaften zur Verfügung stehen.

Feldstudie und Ergebnisse

Die Autoren der Studie entnahmen vor vier Jahren fünf Flüssigkeitsproben aus einer Bohrung in fast 100 Metern Tiefe an der Westküste des Yellowstone-Sees, was ihnen eine seltene Perspektive darauf gab, wie sich die Bedingungen sowohl unmittelbar als auch in den Monaten danach änderten.

Die Analyse der am Standort gesammelten Proben zeigte einen signifikanten Anstieg der Wasserstoff-, Sulfid- (chemische Verbindungen mit Schwefel in der niedrigsten Oxidationsstufe) und gelösten organischen Kohlenstoffkonzentrationen nach den Erdbeben. Diese Verbindungen dienen als wichtige Energiequellen für viele unterirdische Organismen.

Änderungen in der mikrobiellen Zusammensetzung

Die Veränderungen in der geochemischen Zusammensetzung des Wassers gingen mit einem Anstieg der Planktonzellkonzentrationen einher. Darüber hinaus änderten sich die mikrobiellen Populationen im Laufe der Zeit, im Gegensatz zu den relativ stabilen unterirdischen Gemeinschaften, die bekannt sind, Aquiferen zu bewohnen, die im kontinentalen Muttergestein gespeichert sind. Daher deutet diese Kombination aus chemischen und biologischen Veränderungen darauf hin, dass die Reihe der Erdbeben vorübergehend die Ressourcen für unterirdisches mikrobielles Leben erhöht hat.

Bedeutung der Entdeckung

Laut den Autoren der Studie kann die kinetische Energie von Erdbeben die geochemischen und mikrobiellen Zusammensetzungen der Aquiferenflüssigkeiten verändern. Die allgemeine Mechanik, die beim Bohrvorgang im Yellowstone-Gebiet involviert ist, könnte in einer Vielzahl von ökologischen Systemen mit seismischer Aktivität stattfinden.

Viele Regionen der Welt erleben regelmäßige seismische Aktivitäten, die ähnlich die unterirdische Energieversorgung umgestalten könnten. Wenn dieser Mechanismus weit verbreitet ist, könnte er helfen zu erklären, wie mikrobielle Lebensformen in tiefen und isolierten Umgebungen existieren. Zudem könnten die Ergebnisse dieser Studie zu Yellowstone auch Rückschlüsse auf die mikrobielle Lebensfähigkeit auf felsigen Planeten wie dem Mars zulassen.