Klebriger Meeresschnee transportiert sechsmal mehr Kohlenstoff auf den Meeresgrund
Forscher der UC San Diego entschlüsseln, wie Partikelviskosität absinkende organische Materie vor bakterieller Zersetzung schützt
Jährlich verlassen zehn Gigatonnen Kohlenstoff in Klumpen biologischen Abfalls, bekannt als Meeresschnee, die Ozeanoberfläche; doch nur zwei Gigatonnen erreichen tiefe Gewässer für die langfristige Speicherung. Eine in Science veröffentlichte Studie von Forschern der Scripps Institution of Oceanography und der University of Lincoln erklärt diese Lücke: klebrige, hochviskose Partikel widerstehen dem bakteriellen Abbau und transportieren sechsmal mehr Kohlenstoff in die Tiefsee als dünnflüssigeres Material.
Eine vierjährige Suche nach der Kartierung der Schleimlandschaft des Ozeans
Oberflächengewässer stoßen ständig treibende Flocken aus Schleim, totem Plankton, tierischen Ausscheidungen und Schlick ab. Während dieses biologische Material absinkt, fressen marine Bakterien die organische Materie und zersetzen sie, bevor sie sich auf dem Meeresgrund absetzen kann. Um zu untersuchen, warum einige Partikel überleben, während andere nahe der Oberfläche zerfallen, entwickelten der Postdoktorand Bryce Inman und der Mikrobiologe Farooq Azam über vier Jahre ein spezialisiertes Bildgebungsverfahren an der Scripps Institution of Oceanography, wie ScienceDaily berichtet.
Die technische Innovation kam 2025, als das Team 3D-Konfokalmikroskopie mit maßgeschneiderten fluoreszierenden Molekülen kombinierte. Konfokalsysteme erfassen mit gezieltem Licht optische Schnitte durch eine Probe und ermöglichen die dreidimensionale digitale Rekonstruktion empfindlicher Strukturen. Indem die Wissenschaftler strukturelle Polymere und lebende Bakterien mit fluoreszierenden Farbstoffen markierten, bildeten sie erstmals die Bewegung von Bakterien im Inneren intakter mariner Schleimpartikel ab.
„Bakterien können sich an weniger viskose Bereiche jedes Partikels heften, aber die viskoseren Regionen nicht erreichen, bevor sie sie abbauen.“
— Bryce Inman, Postdoktorand an der Scripps Oceanography
Dichte Schleimkerne blockieren den mikrobiellen Abbau
Die mikroskopischen Beobachtungen, gestützt auf eine Begleitstudie in Nature Communications, zeigten, dass Meeresschnee keine gleichmäßige Dichte besitzt. Vielmehr weisen die Partikel eine komplexe innere Topografie auf. Marine Bakterien sammeln sich selektiv auf den Außenflächen, wo das Material wässrig und weniger viskos ist, während dichte, gelartige Zonen unzugänglich bleiben.
In Abbauversuchen im Labor bewahrten die klebrigsten Partikel ihre strukturelle Integrität deutlich länger als Flocken mit niedriger Viskosität. Computersimulationen bestätigten, dass dieser physikalische Widerstand es den Partikeln ermöglicht, durch Tausende Meter Wasser zu fallen, bevor es zur Fragmentierung kommt. Infolgedessen transportiert der klebrigste Meeresschnee mehr als sechsmal so viel Kohlenstoff auf den tiefen Meeresboden wie lockerere Aggregate und liefert empirische Daten dazu, wie biologische Viskosität die planetare Nachhaltigkeit unterstützt.
Kohlenstoffbudget-Modelle der Ozeane verfeinern
Die Quantifizierung der Kohlenstoffbindung bleibt ein Kernproblem der Klimawissenschaft, weil nur Ablagerungen in der Tiefsee Kohlenstoff über Jahrhunderte hinweg einschließen. Frühere ozeanografische Modelle behandelten Meeresschnee als gleichförmig absinkende Materie, was verdeckte, warum die Einfangraten in der Tiefsee schwankten. Durch die Messung der Klebrigkeit von Partikeln können Ozeanografen nun besser vorhersagen, wie viel atmosphärischer Kohlenstoff dauerhafte Speichertiefen erreicht.
Die Mikroskopiemethode eröffnet zudem neue Forschungswege zu Schleimgrenzen an anderen Stellen der Natur. Ähnliche biochemische Barrieren gibt es in Korallenriffen, Kelpwäldern, Wurzelsystemen von Pflanzen und Verdauungstrakten von Tieren. Wie das Patentmagazin berichtet, plant das Forschungsteam, die Bildgebungstechnik anzupassen, um zu untersuchen, wie lebende Bakterien Schleimbarrieren in anderen gefährdeten aquatischen Umgebungen überwinden.
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