Die Arktis und Antarktis werden oft als gefrorene Wüsten wahrgenommen, in denen Leben kaum möglich ist. Diese Regionen sind Teil der Kryosphäre, die alle Bereiche der Erde umfasst, in denen Wasser dauerhaft oder saisonal gefroren ist. Dazu zählen Eisschilde, Gletscher, Meereis und Permafrost, die große Teile der Polarregionen sowie Hochgebirgsregionen weltweit bedecken. Forschung zeigt, dass mikrobielles Leben in einigen der kältesten Umgebungen der Erde weit verbreitet ist.
Mikroorganismen besiedeln gefrorene Landschaften in vielfältiger Form, von Oberflächenschnee und Meereis bis hin zu Permafrostböden und Gletschern, aber auch ungewöhnlichere Lebensräume wie hypersaline Sole oder subglaziale Seen, die unter kilometerdickem Eis verborgen liegen. Selbst in den Trockentälern der Antarktis, einer der trockensten und kältesten Regionen der Erde, bestehen existierende mikrobielle Gemeinschaften fort. In vielen dieser Lebensräume müssen sie nicht nur extreme Kälte, sondern auch hohe Salzgehalte, geringe Wasserverfügbarkeit und Nährstoffmangel bewältigen.
Um unter diesen Bedingungen zu überleben, haben Mikroben eine Reihe spezialisierter Strategien entwickelt. Einige produzieren Antifrost-Proteine, die verhindern, dass Eiskristalle ihre Zellen beschädigen. Andere verändern ihre Zellmembranen, um auch bei niedrigen Temperaturen flexibel zu bleiben, oder bilden Enzyme, die selbst unter dem Gefrierpunkt aktiv sind. Viele verbleiben in einem Zustand sehr geringer Stoffwechselaktivität und sparen Energie, bis sich die Bedingungen verbessern.
Meereis stellt einen besonders dynamischen Lebensraum dar. Kleine Kanäle aus flüssiger Sole im Eis ermöglichen es Mikroorganismen, auch bei Temperaturen weit unter dem Gefrierpunkt aktiv zu bleiben. Innerhalb dieser Kanäle führen Gradienten in Salzgehalt, Sauerstoff und Nährstoffen zu unterschiedlichen mikrobiellen Lebensräumen. Mikrobielle Gemeinschaften im Meereis bauen organisches Material ab, das von Algen produziert wird, und setzen dabei Nährstoffe frei, die von diesen Primärproduzenten wieder genutzt werden können.
Auch andere Bereiche der Kryosphäre beherbergen spezialisierte mikrobielle Gemeinschaften. In Permafrostböden können Mikroorganismen über lange Zeiträume inaktiv bleiben und erst unter geeigneten Bedingungen wieder aktiv werden. Unter Gletschern, in dauerhaft dunklen subglazialen Systemen, nutzen Mikroben chemische Energie aus Mineralien anstelle von Sonnenlicht.
Trotz der extremen Bedingungen spielen diese Mikroorganismen eine aktive Rolle in polaren Ökosystemen. Durch den Abbau organischer Substanz und ihre Wechselwirkungen mit Algen und anderen Mikroben tragen sie dazu bei, die biologische Produktivität auch in nährstoffarmen Umgebungen aufrechtzuerhalten.
Das Vorkommen von Leben unter solchen extremen Bedingungen stellt langjährige Annahmen über die Grenzen der Bewohnbarkeit infrage. Ähnliche Bedingungen könnten auch auf eisbedeckten Monden wie Europa oder Enceladus herrschen, wodurch polare Mikroben als Modelle für die Suche nach Leben außerhalb der Erde dienen.
Die eisigen Lebensräume der Erde sind daher alles andere als lebensleer. Sie beherbergen widerstandsfähige und anpassungsfähige mikrobielle Gemeinschaften, deren Fähigkeit, unter extremen Bedingungen zu bestehen, sowohl die Vielseitigkeit des Lebens als auch die Bedeutung dieser Ökosysteme für globale Kohlenstoff- und Nährstoffkreisläufe unterstreicht.
Léa Zinsli, PolarJournal