Hintergrund

Der Porenraum in Sedimenten und Klüften in magmatischem oder metamorphem Gestein bildet ein riesiges Ökosystem, das sich über den gesamten Planeten erstreckt. Trotz seiner enormen Größe haben wir immer noch geringe Kenntnisse über die Mikroorganismen in diesem Lebensraum, ihren Stoffwechsel und ihre Interaktion sowohl mit ihrer geologischen Umgebung als auch mit der Erdoberfläche.

Das Leben in dieser sogenannten tiefen Biosphäre weicht in vielen Aspekten stark ab vom Leben an der Oberfläche. Aufgrund der häufig extremen Nährstoffarmut und anderen extremen chemischen oder physikalischen Bedingungen haben sich die Mikroorganismen in diesen Ökosystemen entsprechend angepasst. Die Zelldichten in der tiefen Biosphäre sind deutlich niedriger als an der Oberfläche, darüber hinaus sind die Zellen deutlich kleiner und haben eine geringere Stoffwechselrate. Diese Bedingungen machen die Analyse solcher Proben zu einer technischen Herausforderung. Da viele Standardverfahren in der Mikrobiologie nicht empfindlich genug sind, liegt einer unserer Schwerpunkte auch in der Entwicklung von neuen Methoden.

Um Zugang zu unkontaminierten Proben aus der tiefen Biosphäre zu erhalten sind Bohrungen unerlässlich. Neben Bohrungen, die wir in Eigenregie oder in Kooperation mit anderen Arbeitsgruppen am GFZ durchführen, sind wir auch eingebunden in die beiden wissenschaftlichen Tiefbohrprogramme, das Integrated Ocean Drilling Program (IODP) und das International Continental Drilling Program (ICDP).

 Wissenschaftliche Fragestellungen

• Welche und wie viele Mikroorganismen bilden die mikrobiellen Gemeinschaften in der tiefen Biosphäre und wie haben sie sich an das Leben im tiefen Untergrund angepasst?
• Welche Stoffwechselprozesse laufen im tiefen Untergrund ab und mit welchen Raten?
• Welche Wechselwirkungen bestehen zwischen der tiefen Biosphäre und der sie umgebenden Geosphäre?

Untersuchungsgebiete

• Lake Towuti, Sulawesi, Indonesien
• Eger Rift Gebiet, Tschechische Republik
• Guaymas Becken, Mexiko
• Eifel, Deutschland

Projekte

• DFG Schwerpunktprogramm ICDP (SPP 1006):  BioMetArchive
• DFG Schwerpunktprogramm IODP (SPP 1006): Bushveld Drilling
• ERC Synergy Grant: Archean Park - Relics of Ancient Cellular Biochemistry in High-CO2 Subsurface Ecosystems 

Kooperationspartner (Auswahl)

Prof. Yohey Suzuki, Tokyo University, Japan

Prof. James Russell, Brown University, USA

Prof. Kai-Uwe Hinrichs, MARUM, Bremen, Deutschland 

Prof. Ivan Berg, Universität Münster

Prof. Alexander Probst, Universität Duisburg-Essen

Prof. Bo Barker Jørgensen, Arhus University, Dänemark

Dr. Verena Heuer, MARUM, Bremen, Deutschland

Prof. William Orsi, Ludwig-Maximillians-Universität, München, Deutschland

Prof. Liane Benning, GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung, Deutschland

Dr. Kai Mangelsdorf, GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung, Deutschland