Sauerstoffmangel im Meer macht Taurin zur Nahrung für Bakterien

Wenn Meeren der Sauerstoff ausgeht, fressen Bakterien plötzlich Taurin

Sauerstoffmangel verändert die Chemie der Meere. Eine Studie zeigt, warum Taurin dabei eine überraschende Rolle spielt.

Viele kennen Taurin nur von Energydrinks – als Stoff, der wach machen soll. Im Meer bekommt dieselbe Verbindung eine ganz andere Bedeutung: Wenn dem Wasser Sauerstoff fehlt, nutzen bestimmte Bakterien Taurin als Energiequelle und beeinflussen damit unsichtbare Kreisläufe, die im Meer darüber mitentscheiden, ob Nährstoffe verfügbar sind, Mikroben wachsen und Ökosysteme stabil bleiben.

Solche sauerstoffarmen Zonen breiten sich in den Meeren weltweit aus. Dadurch könnten winzige Mikroben künftig eine größere Rolle dafür spielen, wie Kohlenstoff und Schwefel im Ozean verarbeitet werden, wie eine Studie der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) zeigt.

Sauerstoffmangel im Meer verändert kleinste Lebewesen

Wie stark sich dieser Sauerstoffverlust bereits bemerkbar macht, beschreibt Biogeochemiker Dr. Gonzalo Gomez Saez vom Department für Geo- und Umweltwissenschaften der LMU. „Innerhalb von nur 50 Jahren – von 1960 bis 2010 – ging der globale Sauerstoffgehalt der Ozeane um zwei Prozent zurück und die Fläche der sauerstofffreien Gewässer vervierfachte sich“, sagt der Hauptautor der Arbeit. „Dieser massive Sauerstoffverlust verändert wesentliche Stoffkreisläufe, auf denen marine Ökosysteme fußen.“

Damit verändert sich nicht nur die Lebenswelt größerer Meerestiere. Auch Mikroorganismen reagieren auf den Sauerstoffmangel. Einige greifen dann auf andere Energiequellen zurück. Das kann Stoffkreisläufe im Meer verschieben.

Eine dieser Energiequellen sind organische Schwefelverbindungen. Sie kommen natürlich im Meer vor. Auch Taurin gehört dazu. Mikroben können Taurin abbauen und daraus Energie gewinnen. Es kann für sie gleich mehrere wichtige Bausteine liefern: Kohlenstoff, Stickstoff und Schwefel. In Wasserschichten mit wenig Sauerstoff scheinen sich solche Verbindungen besonders stark anzusammeln. Bisher war unklar, welche Mikroben sie dort nutzen und welche Rolle der Sauerstoffmangel dabei spielt.

Im dänischen Fjord wird der Sauerstoff knapp

Untersucht wurde der Mariager Fjord in Dänemark. Dieser Meeresarm verliert im Sommer regelmäßig viel Sauerstoff. Eine flache Schwelle verbindet ihn mit dem Kattegat und begrenzt den Austausch mit Tiefenwasser. Warmes Wetter verstärkt die Schichtung zusätzlich.

Dadurch bleibt oben mehr Sauerstoff erhalten, während unten Sauerstoffmangel entsteht. Deshalb eignet sich der Fjord als natürliches Labor für solche Prozesse. Die Messwerte belegen den Unterschied:

In 5 Metern Tiefe lag der Sauerstoffwert bei 272 Mikromol pro Liter – das entsprach 95 Prozent Sättigung.
In 25 Metern Tiefe waren es nur noch 14 Mikromol pro Liter – nur vier Prozent.
Als hypoxisch gelten Gewässer bereits unter 63 Mikromol pro Liter.

Taurin verschwindet dort, wo wenig Sauerstoff bleibt

Auch bei Taurin zeigen die Daten: Je tiefer das Wasser, desto weniger davon war messbar. An der Oberfläche fanden die Forscher noch 5,5 Nanomol pro Liter. In 15 Metern Tiefe waren es 3,4 Nanomol. In 25 Metern Tiefe lag der Wert bereits unter der Nachweisgrenze. Das deutete darauf hin, dass Mikroorganismen Taurin dort besonders stark verbrauchen.

„Viele Mikroben im Meer besitzen das genetische Potenzial, Taurin zu verstoffwechseln – doch es ist unklar, wie diese Aktivität mit dem weltweiten Rückgang an Sauerstoff zusammenhängt“, sagt Gomez Saez. „Daher war es unser Ziel, zu verstehen, wie unterschiedliche Konzentrationen von im Wasser gelöstem Sauerstoff die mikrobielle Verarbeitung von Taurin beeinflussen.“

Bestimmte Bakterien nutzen Taurin nur bei Sauerstoffmangel

Für die Untersuchung inkubierte Dr. Ömer Coskun, Erstautor der Studie und ehemaliger LMU-Forscher, Wasserproben mit markierten Nährstoffen. So ließ sich genau verfolgen, welche Mikroben Kohlenstoff aus Taurin, Methionin oder Glukose aufnahmen. „So konnten wir nachverfolgen, welche Mikroben bei den unterschiedlichen Sauerstoffkonzentrationen im Fjord Kohlenstoff aus den jeweiligen Verbindungen aufnahmen“, sagt Gomez Saez.

Das zentrale Ergebnis überraschte: In sauerstoffreichem Wasser nutzten Mikroben zwar Glukose und Methionin, aber kein Taurin. Erst unter Sauerstoffmangel änderte sich das. Dort verwerteten 23 unterschiedliche Mikroben-Gruppen Taurin aktiv. Sie machten rund 23 Prozent der gesamten mikrobiellen Gemeinschaft aus.

Diese Bakterien könnten künftig noch wichtiger werden

Besonders häufig gehörten diese Mikroben zur Gruppe der Bacteroidota, also Flavobakterien. 17 der 23 Taurin-Nutzer stammten aus diesem Stamm – rund 75 Prozent. Diese Bakterien gelten als Spezialisten für den Abbau organischer Stoffe. Offenbar kommen sie auch mit wenig Sauerstoff gut zurecht und können Schwefelverbindungen effizient nutzen.

Auch bei Methionin ergab sich ein ähnliches Muster. Viele Mikroben verwerteten beide Stoffe parallel. Das spricht für eine flexible Anpassung an schwierige Bedingungen. Für die Meere ist das wichtig, weil solche Prozesse beeinflussen:

den Kohlenstoffkreislauf
den Schwefelkreislauf
die Nahrungsketten im Wasser
langfristig die Stabilität ganzer Ökosysteme

Der Mariager Fjord ist nur ein Beispiel, doch das Problem wächst weltweit. Durch die Erwärmung löst sich weniger Sauerstoff im Wasser. Die stärkere Schichtung erschwert zusätzlich den Austausch zwischen Oberfläche und Tiefe. Sauerstoffarme Gebiete breiten sich deshalb in vielen Küstenregionen aus. Mikroorganismen, die Verbindungen wie Taurin verwerten, könnten dadurch künftig eine deutlich größere Rolle spielen.

Kurz zusammengefasst:

Sauerstoffmangel im Meer entsteht durch Erwärmung und stärkere Wasserschichtung, wodurch weniger Sauerstoff in tiefere Schichten gelangt und sich ganze Ökosysteme verändern.
Unter sauerstoffarmen Bedingungen wird Taurin, bekannt aus Energydrinks, für bestimmte Meeresbakterien zu einer wichtigen Energiequelle, obwohl es in sauerstoffreichem Wasser kaum genutzt wird.
Vor allem Bacteroidota-Bakterien verwerten Taurin bei Sauerstoffmangel und beeinflussen damit wichtige Prozesse wie den Kohlenstoff- und Schwefelkreislauf sowie langfristig die Stabilität mariner Nahrungsketten.

Übrigens: Sauerstoffmangel im Meer verändert nicht nur winzige Mikroben, sondern kann sogar ganze Tiefsee-Korallenriffe über Jahrhunderte verschwinden lassen. Warum rund um die Galápagos-Inseln ausgerechnet eine lange La-Niña-Phase das Ökosystem kollabieren ließ, mehr dazu in unserem Artikel.