Methan als Grundnahrung: Besonderes Ökosystem in Wasserhöhlen Mexikos entdeckt

 Höhlendurchgang und Taucher in einem Abschnitt des Höhlensystems von Ox Bel Ha

Höhlendurchgang und Taucher in einem Abschnitt des Höhlensystems von Ox Bel Ha in Mexiko. Das gespannte Sicherheitsseil neben dem Taucher zeigt den Weg zur Wasseroberfläche an. (© HP Hartmann)

In unterirdischen Flüssen und Höhlen der mexikanischen Halbinsel Yucatán sind Wissenschaftler auf ein Ökosystem gestossen, das sie dort nicht erwartet hatten. Grundlage für das Leben im Dunkeln sind Methan und Bakterien, die sich davon ernähren. Ähnliche Ökosysteme waren bisher nur von Methanquellen der Ozeane und von tiefen Seen bekannt. Ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung der Universität Basel berichtet darüber in der Fachzeitschrift ‘Nature Communications’.

Unter den kargen, kalkhaltigen Böden im nördlichen Yucatán-Gebiet findet sich ein weitverzweigtes Höhlensystem mit zahlreichen unterirdischen Wasserläufen. Die überfluteten Höhlen enthalten Schichten sowohl von Süsswasser aus abgesickerten Niederschlägen wie auch von Salzwasser aus dem nahen Ozean. Verbreitet sind auch die trichterförmigen Dolinen, die der Bevölkerung Zugang zu Süsswasser bieten. Die Mayas sahen die Dolinen als Eingänge zur Unterwelt an und nutzten die Höhlen teils auch als Kultund Opferstätten.

Forscher im Tauchgang

Die jüngste Studie über das riesige Höhlennetzwerk Ox Bel Ha im Nordosten der Halbinsel - dem wohl grössten zusammenhängenden derartigen System überhaupt - gilt als die bisher detaillierteste Untersuchung ihrer Art. Die Feldexpeditionen und die Probenentnahmen wurden von Wissenschaftlern aus den USA (Texas A&M University, TAMUG; United States Geological Survey, USGS; University of Alaska Fairbanks, Woods Hole Oceanographic Institution) und Mexiko durchgeführt. Die Hauptautoren der Studie - David Brankovits, Doktorand an der TAMUG, und John Pohlman vom USGS - mussten sich zuvor speziell im Höhlenund Tiefseetauchen ausbilden.

Besonders an den Höhlen Yucatáns ist, dass das unter den Waldböden gebildete Methan abwärts wandert, sodass die methanreiche und sauerstofffreie Wasserschicht zuoberst liegt - in tiefen Seen ist es etwa oft gerade umgekehrt.

Dr. Helge Niemann und Moritz Lehmann vom Departement Umweltwissenschaften der Universität Basel konnten nun das Fundament der Nahrungskette in den Höhlen nachweisen: Methan als Energiequelle und Mikroorganismen, die sich davon ernähren. Ihre Erkenntnisse gewannen die Forscher durch Massenspektrometrie-Analysen der Kohlenstoff-Isotopenverhältnisse an charakteristischen Fettsäuren von Höhlengarnelen, die Methan und Mikroorganismen aufnehmen.

überleben im Dunkeln

Krebstiere, die sich bis zu einem Fünftel von Methan-Kohlenstoff ernähren, treten in dieser sonst nahrungsarmen Umgebung in erstaunlicher Vielfalt auf. «Man wusste vorher sehr wenig über den Kohlenstoffkreislauf in diesen dunklen, abgeschotteten Höhlensystemen», kommentiert Lehmann die Ergebnisse der Studie. «Nun wird erklärbar, warum Lebewesen in solchen Höhlen in kristallklarem Wasser ohne sichtbare Spuren von Nahrung überleben können.»

Zuvor wurde angenommen, dass der Grossteil des organischen Materials in den unterirdischen Höhlen von Abfällen der Waldvegetation stammt, die von den Dolinen nach unten gespült wurden. ähnliche Prozesse wie in den unterirdischen Wassersystemen der Yucatán-Halbinsel spielen sich auch im Bereich von Methanquellen in der Tiefsee sowie in manchen Seen ab, nämlich dort, wo sehr viel Methan aus den Sedimenten austritt und sich anreichert.

Originalbeitrag

D. Brankovits, J.W. Pohlman, H. Niemann, M.B. Leigh, M.C. Leewis, K.W. Becker, T.M. Iliffe, F. Alvarez, M.F. Lehmann & B. Phillips
Methaneand dissolved organic carbon-fueled microbial loop supports a tropical subterranean estuary ecosystem
Nature Communications, doi: 10.1038/s41467-017-01776-x