11/08/2011 - Hohe Wasserstoffkonzentrationen dienen als Energiequelle für symbiotische Prozesse

Menéame

Forscher des Max Planck Institute of Marine Microbiology und des Center for Marine Environmental Sciences (MARUM) haben Muscheln entdeckt, die Brennstoffzellen in Form von symbiotischen Bakterien beherbergten, die Wasserstoff als Energiequelle verwenden. Seine Ergebnisse, veröffentlicht in der aktuellen Ausgabe von 'Nature', deuten darauf hin, dass die Fähigkeit, Wasserstoff als Energiequelle zu verwenden, weit verbreitet ist in der Art der Symbiose, die in den hydrothermalen Beatmungsanlagen stattfindet.

 Die Suche nach neuen Energiequellen, die die wachsenden Bedürfnisse der Menschheit decken, ist heute ein Thema von großem Interesse. In diesem Zusammenhang werden mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzellen als eine der vielversprechendsten Alternativen für saubere Energie betrachtet. Während sich die intensiven Forschungsanstrengungen in diesem Bereich jedoch auf die Entwicklung von Möglichkeiten konzentrierten, die Energie des Wasserstoffs für die Brennstoffproduktion zu nutzen, ist die Wasserstoffbrennstoffzelle nicht mehr zu erkennen. Bis jetzt.

So haben Experten ihre Aufmerksamkeit auf hydrothermale Fumarolen gelegt, die in Ozeanausdehnungszentren entstehen, in denen die tektonischen Platten durch die Schaffung einer neuen Kruste durch das Magma, das aus den Tiefen der Erde entsteht, entfernt werden. Wenn das Meerwasser mit heißem Felsen und Magma interagiert, wird es überhitzt, indem Mineralien aus der Erdkruste gelöst werden. Diese heißen Flüssigkeiten enthalten anorganische Verbindungen wie Wasserstoffsulfid, Ammonium, Methan, Eisen und Wasserstoff.

Die Organismen, die in den hydrothermalen Beatmungsanlagen leben, oxidieren diese anorganischen Verbindungen, um Energie zu erhalten, die erforderlich ist, um organische Stoffe aus Kohlendioxid zu erzeugen. Anders als auf der Oberfläche, wo Sonnenlicht Energie für Photosynthese liefert, liefern anorganische Chemikalien in den dunklen Tiefen des Meeres Energie für das Leben durch einen Prozess namens Chemosynthese.

Als die hydrothermalen Quellen vor mehr als 30 Jahren entdeckt wurden, waren die Forscher überrascht, als sie entdeckten, dass sie von üppigen Tiergemeinden wie Würmern, Weichtieren und Krebstieren bewohnt sind, von denen die meisten der Wissenschaft bis dahin völlig unbekannt waren. Die ersten Wissenschaftler, die diese Tiere erforschten, erkannten schnell, dass der Schlüssel zu ihrem Überleben in ihrer symbiotischen Verbindung mit den chemosynthetischen Mikroben liegt, einer Energiepflanze, die neben den Tieren der hydrothermischen Beatmung lebt.

Bisher waren nur zwei Energiequellen bekannt, die durch die symbiotischen Bakterien hydrothermaler Fumaolen, nämlich Schuttstoff und Methan, eine Chemosynthese hervorbringen konnten. "Jetzt haben wir eine dritte Energiequelle entdeckt," sagte die Forschungsdirektorin Nicole Dubilier.

Die Studie begann in den hydrothermalen Kaminen von Logatchev, 3000 Meter tief auf dem atlantischen Rücken, eine Unterwasser-Gebirge auf halbem Weg zwischen der Karibik und den Inseln Kap Verdes. Die größten Wasserstoffkonzentrationen, die jemals in den Hydrothermalschornsteinen gemessen wurden, wurden bei einer Reihe von Forschungsexpeditionen nach Logatchev registriert.

Dubilier hat darauf hingewiesen, dass "die Berechnungen zeigen, dass Wasserstoffoxidation in diesen hydrothermalen Lüftungsschleusen siebenmal mehr Energie liefern kann als Methanoxidation und bis zu 18 Mal mehr als Schwefeloxidation."

In den Kiemen des tiefen Wassermuschelns Bathymodiolus puteoserpentis, eines der am meisten verbreiteten Tiere in Logatchev, entdeckten Forscher, dass eine Symbiose, die Schwefel oxidierte auch in der Lage war, Wasserstoff als Energiequelle zu verwenden. Um diese Wasserstoffmotor-Brennstoffzellen in Muscheln zu finden, haben die Forscher zwei Tiefsee-Tauchanlagen eingesetzt, das MARUM-QUEST des MARUM an der Universität Bremen und das KIEL 6000 des MFI-GEOMAR in Kiel.

Mit Hilfe dieser ferngesteuerten Taucher nahmen sie Muscheln an Orten, die Kilometer von der Meeresoberfläche entfernt lagen. Seine Experimente an Schiffen mit lebenden Proben zeigten, dass Muscheln Wasserstoff verbrauchen. Sobald die Proben an Land im Labor angekommen waren, identifizierten sie durch molekulare Techniken die Symbiotische Muschelhydrogenase, das Schlüsselenzym für die Wasserstoffoxidation.

Die Muschelnbänke in Logatchev haben eine Fläche von hundert Quadratmetern und enthalten eine geschätzte Anzahl von einer halben Million Exemplaren. "Unsere Experimente zeigen, dass diese Muschelpopulation bis zu 5000 Liter Wasserstoff pro Stunde verbrauchen könnte," so Dr. Frank Zielinski, der an der Forschung mitgewirkt hat.

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