Die untersuchte Stelle liegt im Südchinesischen Meer in 1.766 Metern Wassertiefe. Dort wurde 2018 eine Bohrung zur Erkundung von Gashydraten vorgenommen. Vor der Bohrung ließen sich weder ein Gasstrom noch eine auffällige Besiedlung des Meeresbodens feststellen. Zwischen 2018 und 2023 verfolgte das Team, dem auch der Mikrobiologe Emil Ruff von der Universität Bremen angehörte, die Entwicklung des Ökosystems. Sie untersuchten den Standort regelmäßig mit Echoloten, Unterwasserkameras, chemischen Sensoren sowie Sedimentproben und genetischen Verfahren.
Eine zentrale Rolle im Biofilter spielen Mikroorganismen, die Methan auch in sauerstofffreien Schichten des Meeresbodens verwerten können. Da dieser Stoffwechsel nur wenig Energie liefert, wachsen sie normalerweise sehr langsam. An der neuen Austrittsstelle vermehrten sie sich jedoch wesentlich schneller, als nach früheren Schätzungen zu erwarten war. Ihre Zahl verdoppelte sich während der frühen Entwicklungsphase innerhalb von etwa 21 bis 38 Tagen. Frühere Schätzungen hatten teilweise bei 100 bis 200 Tagen gelegen. „Bereits nach ein bis zwei Jahren hatte sich ein wirksames methankonsumierendes Ökosystem gebildet“, sagt Emil Ruff. Nach zwei bis drei Jahren seien die Mikroorganismen und die neu angesiedelten Tiere funktional zu einem komplexen Biofilter verbunden gewesen.
Grabende Würmer unterstützen den Methanabbau
Parallel zur Zunahme der Mikroorganismen besiedelten grabende Borstenwürmer den zuvor weitgehend unbesiedelten Meeresboden. „Sie durchmischten das Sediment bis in mehr als 50 Zentimeter Tiefe“, sagt Ruff. „Ihre Grabtätigkeit förderte wahrscheinlich den Transport von Sauerstoff, Nitrat und Sulfat in tiefere Schichten des Meeresbodens.“
Gleichzeitig blieben Bereiche ohne Sauerstoff erhalten. Dadurch konnten unterschiedliche Mikroorganismen auf engem Raum Methan mit oder ohne Sauerstoff abbauen. „Die Würmer profitierten ihrerseits von den neu entstandenen Mikroorganismen, die ihnen mutmaßlich als Nahrung dienten. Tiere und Mikroorganismen trugen somit gemeinsam zum Methanabbau bei.“
Leistung ähnlich wie bei älteren Methanquellen
Nach wenigen Jahren baute das junge Ökosystem Methan bereits ähnlich wirksam ab wie ältere natürliche Methanquellen mit vergleichbarer Methanzufuhr. Nach Berechnungen des Teams erreichte es beim Methanabbau 60 bis 100 Prozent der Leistung eines Jahrzehnte alten, gereiften Ökosystems. Die Berechnungen beziehen sich auf den Abbau im Sediment.
Vielfalt der Mikroorganismen nimmt ab
Allerdings: Die schnelle Entstehung des Methanfilters ging mit einer deutlichen Veränderung des ursprünglichen Ökosystems einher, hebt Ruff hervor. Im Umkreis von 20 Metern sank die Vielfalt der Bakterien und anderer Mikroorganismen innerhalb von zwei Jahren um mehr als 50 Prozent. Noch in 500 Metern Entfernung stellten die Forschenden erhöhte Methankonzentrationen fest. Auch dort war die Vielfalt der Mikroorganismen um mehr als 30 Prozent geringer.
Die Studie „Rasche Neubildung eines Biofilters aus Tieren und Mikroorganismen zur Minderung von Methanaustritten aus dem Meeresboden“ zeigt damit zwei Entwicklungen: Der Meeresboden entwickelte innerhalb kurzer Zeit eine hohe Fähigkeit zum Methanabbau. Zugleich wurde die ursprüngliche Lebensgemeinschaft deutlich verändert.
Nach Einschätzung von Emil Ruff sind die Ergebnisse wichtig, um mögliche Methanaustritte infolge der Erwärmung der Ozeane und menschlicher Eingriffe besser einschätzen zu können. Sie zeigten außerdem, dass Modelle nicht nur das Wachstum der Mikroorganismen berücksichtigen sollten. Entscheidend sei auch ihr Zusammenspiel mit Tieren und den chemischen Bedingungen im Meeresboden.
Universität Bremen
Originalpublikation:
Qianyong Liang, Longhui Deng, Ruize Xie, Xinyue Liu, Xi Xiao, Jialin Hou, Jing Wang, Weikang Sui, Ningyuan Lu, Zian Tong, Danyue Huang, Yanwei Wang, Yingchun Han, Jing Zhao, Binbin Guo, Wei Zhang, Minghui Geng, Tianxin Ren, Wenqi Ye, Zheng Xiong, Liang Dong, S Emil Ruff, Christof Meile, Jun Tao, Xiyang Dong, Fengping Wang, Rapid de novo assembly of animal-microbe biofilter to mitigate seabed methane leakage, National Science Review, Volume 13, Issue 12, June 2026, nwag266, https://doi.org/10.1093/nsr/nwag266
