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Gesteinsfressende Pilze leben hunderte Meter tief im Schiefer
Überraschend belebter Untergrund: In Wasser aus bis zu 556 Meter tiefen Erdgasbohrungen in Michigan haben Forscher Tausende Pilzzellen pro Milliliter und Hunderte genetisch unterscheidbare Pilzgruppen nachgewiesen. Die Funde zeigen, dass Pilze in der tiefen Biosphäre deutlich stärker vertreten sein können als bisher angenommen. Das könnte auch Schätzungen unterirdischer Biodiversität und Kohlenstoffumsätze verändern.
Ann Arbor (U.S.A.). Die tiefe Biosphäre beherbergt einen großen Teil der mikrobiellen Zellen der Erde. Doch bei Leben hunderte Meter unter Gestein standen bisher meist Bakterien und Archaeen im Fokus. Spuren von Eukaryoten, also Organismen mit komplex aufgebauten Zellen, waren zwar bekannt, ihre tatsächliche Häufigkeit ließ sich jedoch kaum abschätzen.
Forscher der University of Michigan (U-M) um Quinn S. Moon haben nun Formationswasser aus sechs Erdgasbohrungen in der Antrim-Schieferformation im Michigan-Becken untersucht, deren Wasserproben aus 247 bis 556 Meter Tiefe stammten. Das Team kombinierte Mikroskopie, DNA-Sequenzierung und Kultivierungsversuche mit Isotopen- und geochemischen Analysen und kontrollierte zugleich systematisch auf Verunreinigungen von der Oberfläche.
„Unsere Studie stellt die Vorstellung infrage, dass der tiefe Untergrund für komplexere Lebensformen wie Pilze lebensfeindlich ist und dass Eukaryoten dort unter günstigen Bedingungen tatsächlich recht häufig sein können“, sagt Quinn S. Moon.
Die Mikroskopie ergab 4.200 bis 6.800 Pilzzellen pro Milliliter bei insgesamt 41.000 bis 69.000 gezählten Zellen pro Milliliter. Eine gruppenspezifische Quantifizierung über Erbgut ergab jedoch weit niedrigere Pilz-Bakterien-Verhältnisse von 1:7.028 bis 1:713, weshalb die genaue Zellrelation vom Messansatz abhängt.
Für die Biomasse ist das Bild weniger extrem: Mit Umrechnungsfaktoren aus Meeresstudien errechnete das Team im Median ein Verhältnis von etwa einem Teil Pilzkohlenstoff zu 4,7 Teilen Bakterienkohlenstoff. Diese Schätzung ist jedoch unsicher, weil passende Umrechnungsfaktoren für den tiefen Untergrund fehlen und die verwendete Färbung gegenüber ergosterolbasierten Verfahren bis zu etwa doppelt so hohe Werte liefern kann. Mehr als 99 Prozent der beobachteten Pilzbiomasse bestand zudem aus einzelnen Zellen statt aus langen Pilzfäden.
Die genetischen Analysen fanden insgesamt 689 operationale taxonomische Einheiten (OTUs) von Pilzen aus sechs Stämmen. OTUs sind genetisch abgegrenzte Gruppen und nicht automatisch beschriebene Arten. Besonders häufig waren Agaricomycetes und Dothideomycetes, deren Vertreter an der Oberfläche oft schwer abbaubare Kohlenstoffverbindungen verwerten.
Im Labor ließen sich 205 Reinkulturen gewinnen, die 67 Kultur-OTUs entsprachen. 13 davon lagen unter einer Ähnlichkeit von 98 Prozent zu bekannten Pilztaxa und gelten deshalb als Kandidaten für bislang unbeschriebene Taxa. Der Fund zeigt damit nicht nur Vielfalt anhand von DNA-Spuren, sondern auch lebensfähige Pilze, die sich aus dem Tiefenwasser kultivieren ließen.
„Die Entdeckung öffnet ein Fenster in eine Welt, die dunkel, uralt und fast vollständig verborgen ist, aber bei Weitem nicht leblos“, sagt Quinn S. Moon.
Isotopensignaturen mehrerer Wasserproben passen zu Schmelzwasser vom Ende der letzten Eiszeit. Das spricht dafür, dass ein Teil der Pilze und anderer Mikroorganismen schon vor Jahrtausenden in die Tiefe gelangte und dort unter lange stabilen geochemischen Bedingungen überdauerte. Bei mindestens einer Probe deuten die Daten zugleich auf jüngere Wasseranteile hin, sodass die Proben nicht alle gleich lange von der Oberfläche isoliert waren.