Mikroorganismen sind wahre Überlebenskünstler. Noch an den unwirtlichsten Lebensräumen schöpfen sie aus Materialien Energie. Geomikrobiologen aus Tübingen haben nun herausgefunden, wie Eisenbakterien bestimmte magnetische Partikel im Boden nutzen können, um eine Art ausgelagerten Akku zu betreiben. Im Fachjournal Science (2015, Bd. 347; S. 1473) stellen die Wissenschaftler ihre Studie vor.

Bakterien können Eisen in bestimmten Formen verwerten. So dient ihnen das Mineral in seiner löslichen, zweifach positiven ionischen Form (Fe-II) als Elektronenquelle oder in Form von wenig kristallinen und dadurch gut zugänglichen Fe-III-Mineralen als Energiespeicher für die Energiegewinnung. Neu ist, dass Mikroorganismen auch die kristalline Form Magnetit als Energiespeicher nutzen können, wie Forscher vom Zentrum für Angewandte Geowissenschaften der Universität Tübingen entdeckten. Die winzigen magnetischen Partikel des sehr stabilen Minerals sind in der Natur in vielen Böden und Sedimenten zu finden.

Ihm Rahmen der Studie hatte das Tübinger Team um Andreas Kappler und James Byrne in Zusammenarbeit mit Carolyn Pearce von der britischen University of Manchester und Kevin Rosso vom Pacific Northwest National Laboratory in den USA, die Methode der Mikroben zur der Energiegewinnung im Labor genauer untersucht. Dabei setzten die Wissenschaftler die Eisen-oxidierenden Bakterien einem simulierten Tag- beziehungsweise Nachtzyklus aus und deponierten in der Umgebung Magnetit.

Mikroben nutzen Magnetit als Akku

Das Erstaunliche: Bei Tageslicht zapften die Eisen-oxidierenden Mikroben namens Rhodopseudomonas palustris TIE-1 das kristalline Eisen an, in dem sie dem Magnetit die Elektronen entzogen und entluden. Nachts hingegen wurden dann die Eisen reduzierenden Bakterien aktiv und gaben die überzähligen Elektronen aus dem Stoffwechsel an das Magnetit wieder zurück. „Die Batterie war bei den Bakterien also immer wieder in diesen Tag-und-Nacht-Zyklen im Einsatz“, erklärt Andreas Kappler. Der Prozess ist also vergleichbar mit den Lade- und Entladevorgang eines Akkus. Die Tübinger Forscher kommen daher zu dem Schluss, dass Eisenbakterien auch die kristalline und sehr stabile Form des Minerals wie ein Akku als Elektronenquelle und Elektronenspeicher nutzen können. „Wir gehen davon aus, dass auch viele andere Bakterientypen, die man in der Umwelt findet, wie zum Beispiel vergärende Bakterien, die normalerweise Eisen nicht zur Energiegewinnung verwenden, Magnetit als Batterie verwenden können.“