Pilze im alten Schieferwasser aus Nord-Michigan entdeckt

In Nord-Michigan fördern Erdgasbohrungen täglich Wasser an die Oberfläche. Dieses Wasser stammt aus Schiefergestein, das älter ist als die ersten Dinosaurier, und Forschende gingen lange davon aus, dass darin nichts Komplexeres als Bakterien überleben könne.

Quinn Moon, Doktorand an der University of Michigan (UM), filtrierte eine Probe dieses Wassers, schüttelte die Filter in sauberem Wasser, um die Zellen abzulösen, und verteilte das dabei Gewonnene auf Agarplatten.

„Ich erinnere mich, dass ich die Kulturplatten einige Tage nach der Wasserentnahme ansah und sie voller sehr, sehr unterschiedlicher Stämme waren, die in allen Formen und Farben wuchsen“, sagte Moon gegenüber Earth.com.

Hunderte Stämme wuchsen heran. Laut Moon bezweifelten die meisten Projektbeteiligten, dass das Team in dieser Tiefe überhaupt Spuren von Pilzen finden würde.

Erdgasbohrungen fördern altes Schieferwasser

Moons Team untersuchte sechs aktive Erdgasbohrungen im Antrim-Schiefer, einer unter weiten Teilen der Region der Großen Seen liegenden, organikreichen Gesteinsformation. Die Bohrungen reichen 247 bis 556 Meter tief und erreichen am tiefsten Punkt ungefähr ein Drittel einer Meile.

An jedem Bohrlochkopf entnahm das Team 80 Liter Wasser und filtrierte es, bis die Filter verstopften.

Die flachste Bohrung lieferte vergleichsweise frisches Wasser mit 448 Milligramm gelösten Feststoffen pro Liter. Aus der tiefsten Bohrung kam Wasser mit 112.000 Milligramm pro Liter an die Oberfläche – etwa dreimal salziger als Meerwasser.

In den weniger salzhaltigen Bohrungen entsprechen Wasserstoff und Sauerstoff im Wasser dem Schmelzwasser aus der späten Eiszeit. Moon schätzt, dass dieses Wasser zuletzt vor rund 11.000 Jahren mit der Oberfläche in Kontakt stand.

Das Team musste zudem eine Verunreinigung von der Oberfläche ausschließen. Als Kontrolle brachte es steriles Wasser auf Platten aus und setzte dieselben Nährmedien fünf Minuten lang der Raumluft aus. Auf diesen Platten wuchsen 23 Kolonien; jeder Stamm, der mit einem davon übereinstimmte, wurde aus den Ergebnissen entfernt.

Schieferwasser ist voller Pilze

Unter dem Mikroskop zählte Moon mit einer Färbung, die an Pilzzellwände bindet, 4.200 bis 6.800 Pilzzellen pro Milliliter Bohrwasser. Ein einzelner Tropfen enthält ungefähr 250 davon.

Meerwasser enthält 8 bis 2.000 Pilzzellen pro Milliliter. Das Schieferwasser weist damit mindestens die doppelte Dichte des pilzreichsten Meerwassers auf und ist um ein Vielfaches dichter besiedelt als der Großteil der Ozeane.

Bakterien übertreffen Pilze weiterhin zahlenmäßig um Hunderte bis Tausende Zellen zu eins. Pilzzellen sind jedoch deutlich größer. Als Moons Team die Zellzahlen in Kohlenstoff umrechnete, entfielen auf die Pilze etwa ein Fünftel der Kohlenstoffmenge der Bakterien.

Auch Rädertiere, Fadenwürmer, Ringelwürmer und die achtbeinigen Tiere, die als Bärtierchen bekannt sind, tauchten in den genetischen Daten auf – ebenso Parasiten, die Tiere und andere Pilze befallen.

Viele Pilze sind für die Wissenschaft neu

Das Team von Moon züchtete 205 Reinkulturen, die sich 67 unterschiedlichen Gruppen zuordnen ließen. 26 dieser Gruppen passten zu keiner bekannten Gattung.

Dreizehn stimmten mit keiner beschriebenen Art ausreichend eng überein, um als solche zu gelten. Einer davon, Teichospora sp. QM01, erreichte mit seinem nächsten Verwandten in der Datenbank nur eine Übereinstimmung von 74 Prozent.

Ein Weißfäulepilz namens Irpex cf. lacteus wurde in allen sechs Bohrungen nachgewiesen. An der Oberfläche bauen Weißfäulepilze Holz ab.

Diese Kulturen werden inzwischen im Herbarium der University of Michigan eingefroren und getrocknet gelagert; es handelt sich um die erste öffentliche Sammlung von Pilzen aus dem tiefen Untergrund.

Unterirdische Pilze könnten Kohlenstoff beeinflussen

Rund 90 % des organischen Kohlenstoffs des Planeten lagern unterirdisch in Erdöl, Kohle und Schiefer. Die übrigen 10 % befinden sich in Pflanzen, Böden und den Ozeanen.

Moon zufolge gehen Klimaprojektionen davon aus, dass der größte Teil dieser 90 % gebunden bleibt. Die große Menge an Pilzen werfe jedoch Fragen dazu auf, wie schnell diese Lagerstätten zu Gas werden.

Menschen planen außerdem, gezielt Kohlenstoff dort unten einzulagern, da nahezu jede Methode zur Entfernung von Kohlendioxid aus der Luft letztlich dessen Injektion tief in den Untergrund vorsieht.

„Bei diesen Strategien wurde bislang nicht berücksichtigt, dass dieser Kohlenstoff möglicherweise in Umgebungen mit Unmengen an Pilzen eingebracht wird, die ihn abbauen und in unvorhergesehene Formen umwandeln könnten“, sagte Moon gegenüber Earth.com.

Moons Team benennt die Grenzen der Untersuchung. Niemand hat gemessen, wie viel Kohlenstoff eine unterirdische Pilzzelle enthält, weshalb die Forschenden Umrechnungsfaktoren aus der Meeresforschung übernahmen. Die Filter erfassten nur frei lebende Zellen; in vergleichbaren Umgebungen leben 20 % bis 80 % des mikrobiellen Lebens in Oberflächenfilmen statt frei im Wasser. Zudem kann eine Zelle im Wasser ruhen, anstatt aktiv zu sein.

Forschende testen Pilze auf Schadstoffe

„Während meiner gesamten Ausbildung zum Pilzbiologen behandelte keines der Lehrbücher den Untergrund. Für mich wirft dieser Fund daher eine Million unbeantworteter Fragen zur Vielfalt und Rolle von Pilzen in Ökosystemen des Untergrunds auf“, sagte Moon gegenüber Earth.com.

Das Team arbeitet mit dem Joint Genome Institute zusammen, um jeden Stamm zu sequenzieren und herauszufinden, wie diese Pilze in einer solchen Tiefe überleben.

Als die Probenahme begann, war all das nicht geplant. Moon erklärt, dass Arbeiten dieser Art mit einer grundlegenden Frage beginnen: Wer lebt unterirdisch und wie funktioniert der Kohlenstoffkreislauf? Erst später entwickelten sie sich zu etwas praktisch Nutzbarem. Nach seiner Aussage drängt die derzeitige Regierung darauf, Grundlagenforschung dieser Art einzuschränken.

„Sobald wir die Finanzierung von ‚Grundlagenforschung‘ einstellen, wird auch unsere Fähigkeit zurückfallen, angewandte Wissenschaft hervorzubringen“, sagt Moon.

Der praktische Nutzen könnte in diesem Fall bereits greifbar sein. Das Team füttert seine Stämme inzwischen mit Kohle, Schiefer, Erdöl und Kunststoff, um zu ermitteln, was sie verwerten können. Sollte etwas auf diesen Platten einen Kohlenwasserstoff abbauen, den bislang niemand anders zersetzen kann, wäre der mögliche Gewinn erheblich. Ein Pilz, der 11.000 Jahre lang im Dunkeln unter Michigan verbracht hat, könnte zu einem Werkzeug für die Sanierung werden.

Die vollständige Studie wurde in der Fachzeitschrift ISME veröffentlicht.

Bildnachweis: Ronan Montgomery-Taylor, University of Michigan