Bakterien, die kleinsten Lebewesen im Meer – bloss wie viele sind es?

Helge-Ansgar Giebel bedient das Durchflußzytometer, ein Gerät zur Bestimmung der Bakterienzellzahlen.
An Bord des Forschungsschiffes SONNE: Helge-Ansgar Giebel bedient das Durchflußzytometer, ein Gerät zur Bestimmung der Bakterienzellzahlen.

Im Mittelpunkt unserer Forschung an Bord stehen die kleinsten Lebewesen im Meer, die Bakterien. Bakterien sind Einzeller, das heißt sie bestehen nur aus einer einzigen Zelle. Und diese Zellen sind so klein, dass wir sie mit bloßen Auge nicht sehen können. Trotzdem wollen wir wissen, wie viele Bakterien im Meer leben. Wie zählen wir sie denn eigentlich?

Helge-Ansgar Giebel an unserer Äquator-Station.
Helge-Ansgar Giebel an unserer Äquator-Station.

Den heutigen Beitrag hat mitgestaltet: Helge-Ansgar Giebel vom ICBM aus der Arbeitsgruppe „Biologie Geologischer Prozesse – Aquatische Ökologie“ in Oldenburg. Hier an Bord ist er Teil des Teams „Surface“ und interessiert sich vor allem für die Bakteriengemeinschaften in den oberen Wasserschichten (bis 1000 Meter Wassertiefe). Helge kümmert sich unter anderem auch um die Logistik unserer Ausfahrt, so organisiert er zum Beispiel gerade den Rücktransport unserer wertvollen Proben nach Oldenburg. Danke, Helge!

So klein sie auch sind, Bakterien spielen für das Leben im Meer eine sehr wichtige Rolle. Obwohl sie so klein sind, und nur aus einer einzigen Zelle bestehen, sind sie wahre Überlebenskünstler und haben einzigartige Fähigkeiten. Und sie vollbringen wichtige „Dienstleistungen“ für die anderen Lebewesen im Meer. Ein Großteil der verfügbaren Nahrung im Meer liegt in Form gelöster Verbindungen vor. Bakterien nehmen diese gelöste Nahrung auf und wandeln einen Teil davon in Biomasse um, also sie wachsen und teilen sich. Und damit wird aus gelöster Nahrung feste Nahrung! Diese kann dann von höheren Lebewesen aufgenommen werden und gelangt dadurch in die Nahrungskette. Am Anfang stehen kleine filtrierende Organismen, sogenannte Grazer. Und wenn wir am Ende einen Fisch auf dem Teller haben, profitieren auch wir von der „Dienstleistung“ der Bakterien.

Für die Zählung werden die Bakterienzellen im Meerwasser angefärbt. Links die angefärbte Probe, rechts unbehandeltes Meerwasser.
Für die Zählung werden die Bakterienzellen im Meerwasser angefärbt. Links die angefärbte Probe, rechts unbehandeltes Meerwasser.

Wie viele Bakterien leben denn nun im Meer? Da wir die Bakterien mit bloßem Auge nicht sehen können, brauchen wir ein Mikroskop, um sie zu zählen. An Bord eines schwankenden Schiffes gehört das Arbeiten am Mikroskop definitiv zu den unangenehmeren Aufgaben – mit hohem Risiko für Entstehen von Seekrankheit … Daher haben wir auf unsere Reise mit der SONNE ein spezielles Laborgerät mitgenommen: ein sogenanntes Durchflußzytometer. Wie der Name verrät, fließt die Probe durch das Gerät und dabei werden die Zellen mit Hilfe eines Lasers gemessen. Um die Bakterienzellen für das Gerät besser sichtbar zu machen, bedienen wir uns eines kleinen Tricks: Wir färben die DNS (Desoxyribonukleinsäure, die Erbsubstanz) in den kleinen Zellen mit einem Farbstoff an. Die angefärbte Probe wird vom Gerät eingesogen, am Laser vorbei transportiert und immer wenn eine gefärbte Zelle am Laser vorbei kommt, leuchtet diese Zelle kurz grün auf und wird vom Detektor gezählt.

Und es gibt viel zu zählen: An der Meeresoberfläche leben in einem Milliliter Ozeanwasser rund eine Million Bakterien, also eine Milliarde Zellen in einem Liter! In 5000 Meter Wassertiefe leben viel weniger Bakterien, aber immer noch Tausende Zellen pro Milliliter. Über die hohen Bakterien-Zellzahlen im Meeresboden (eine Milliarde pro Kubikzentimeter/Milliliter Sediment) haben wir hier im Blog ja schon berichtet. Die Sedimentbakterien müssen übrigens unter dem Mikroskop gezählt werden, weil die Sedimentkörnchen die Messung am Durchflußzytometer stören. Zum Glück sind unsere fleißigen Sediment-Bakterien-Zähler nicht so anfällig für Seekrankheit …