Noch vor dreißig Jahren waren die Grenzen des Lebens eng gesteckt. Bei Temperaturen über 60 Grad Celsius, davon waren Wissenschaftler überzeugt, könnten die Bausteine der Zelle nicht mehr stabil sein: Die Proteine müssten zerfallen, die DNA aufschmelzen, die Membranen zerfließen.

Im Yellowstone-Nationalpark gibt es gleich mehrere solcher Orte. Neben den Grizzlybären und den Mammutbäumen ist der Park auch berühmt für seine heißen Quellen. In ihnen leben ganze Ökosysteme von Bakterien, die der Hitze trotzen. Sie sind noch weitgehend unerforscht.

Fototrope Lebewesen in einem Bad aus Seifenlauge

„In solchen Biotopen leben zehn- bis hundertmal mehr Organismen, als man im Labor züchten kann“, schätzt der Mikrobiologe Harald Huber vom Archaenzentrum der Universität Regensburg. Warum so viele dieser Einzeller sich dem Zugriff entziehen, weiß niemand – doch für Mikrobiologen auf Entdeckungsreise sind die heißen Quellen im Yellowstone-Park eine Topadresse.

„Ein guter Platz zum Suchen“, findet auch der Mikrobiologe Don Bryant von der Pennsylvania State University. Er muss es wissen: Gerade hat er selbst dort nach neuen Bakterienarten gesucht. Er interessierte sich besonders für jene Einzeller, die vom Licht der Sonne leben: Wie Pflanzen haben sie ein Chlorophyll-System, mit dem sie Lichtenergie in chemische Energie umwandeln können. Der Fachbegriff „fototrop“ kommt aus dem Griechischen und bedeutet „von Licht ernähren“.

Bisher kannte man fünf Bakterienstämme, deren Vertreter das können. Bryant und seine Kollegen fanden einen sechsten. „Die Entdeckung eines neuen Stammes mit fototropen Vertretern ist ein extrem seltenes Ereignis“, erklärt Bryant stolz. „Das ist in den letzten hundert Jahren drei Mal vorgekommen.“

Bryant und seine Kollegen schafften es mit ihrem Chloracidobacterium thermophilum sogar in „Science“. Das Bakterium lebt sozusagen in heißer Seifenlauge: Bei 65 Grad Celsius und einem stark basischem pH-Wert zwischen 8,5 und neun fühlt es sich pudelwohl.

Bakterien machen Quellen sauer

Eigentlich fällt Cab. thermophilum damit gar nicht so sehr auf unter den „Exzentrikern des Lebens“, wie sie der Wissenschaftsautor Michael Groß in seinem gleichnamigen Buch genannt hat. Es lebt sogar ziemlich komfortabel, verglichen mit anderen Einzellern. „Die Sulfolobales zum Beispiel brauchen extrem hohe Temperaturen und niedrige pH-Werte“, sagt Harald Huber.

„Sie leben also buchstäblich in kochender Schwefelsäure.“ Solche Bedingungen findet man nicht nur in Chemielabors, sondern auch in heißen Quellen auf der ganzen Welt. Oft sind es erst die Bakterien, die die Quellen wirklich sauer machen: „Sie verwandeln zum Beispiel elementaren Schwefel und Sauerstoff zu Schwefelsäure“, erklärt Harald Huber. Aus dieser chemischen Reaktion gewinnen die Bakterien ihre Energie.

Wo kein elementarer Schwefel zu finden ist, können einige Einzeller auf Schwefelverbindungen zurückgreifen. Die findet man zum Beispiel in manchen Erzen. Und während die Bakterien munter Schwefelsäure produzieren, lösen sie auch gleich Metalle aus dem Gestein – eine Fähigkeit, die sich der Mensch bereits zunutze macht, erklärt Harald Huber: „In den USA wird Kupfer durch Bakterien ausgelöst.“ Minderwertige Erze werden monate- oder gar jahrelang auf Halden gelagert, so Huber. „Die Mikroben siedeln sich von selber an.“ Das spart Chemikalien und Arbeit.

Ohne Licht und Sauerstoff geht es auch

Heiße, saure oder alkalische Umgebungen sind aber nicht die einzigen Lebensräume für exzentrische Einzeller. Manche von ihnen bevorzugen das salzige Wasser im Toten Meer oder in den Verdunstungsbecken von Salinen. Diese Umgebung würde den meisten Zellen alles Wasser entziehen und sie verschrumpeln lassen. Doch die salzliebenden Zellen reichern in ihrem Inneren einfach massenhaft kleine Moleküle an und entgehen damit dem osmotischen Druck.

Andere Bakterien leben ganz und gar ohne Sauerstoff; er ist für sie das reinste Gift. Diese Anaerobier tummeln sich in Sümpfen, Gewässersedimenten oder im Darm von Wiederkäuern, wo sie Methangas produzieren. „Sie sind ein elementarer Bestandteil von Biogasanlagen, in denen aus organischem Material Energie gewonnen wird“, erklärt Huber. Ihre Ernährung besteht aus Kohlendioxid und Wasserstoff oder aus organischen Säuren, wie Ameisen- oder Essigsäure.

Verlässt man die Erdoberfläche und begibt sich in die Tiefe, findet man auch dort Bakterien in großen Mengen. In Tiefseegräben zum Beispiel, wo Hydrothermalschlote bis zu 400 Grad heißes Wasser ausstoßen, vermischt mit Schwermetall- und Schwefelverbindungen. Wer hier leben will, muss mehreren Hundert Bar Druck standhalten – auf der Erdoberfläche herrscht nur etwa ein Bar.

Kölner Dom in Gefahr

Noch dazu ist es stockfinster, an eine fototrope Ernährung ist nicht zu denken. Und so finden sich auch in dieser unwirtlichen Gegend jene Bakterien, die von Schwefel in allen möglichen Formen leben. Mit ihnen hat sich ein ganzes Ökosystem von Vielzellern angesiedelt, die rund um die Schlote hausen: Krebse, Muscheln, Schnecken beleben die Tiefsee. Ohne die Bakterien könnten sie nicht überleben.

Auch die tiefen Gesteinsschichten stehen unter dem Verdacht, Einzeller zu beherbergen. Laut Huber wird das aber nach wie vor kontrovers diskutiert: „Der Nachweis ist schwierig. Schon bei der Entnahme der Proben können sich fremde Bakterien einschleichen.“

Außer Zweifel steht allerdings, dass Bakterien in Stein leben können – zum Beispiel in Sandsteinbauten wie dem Kölner Dom: „Bakterien siedeln im porösen Gestein und bilden aus Autoabgasen und Wasser Salpetersäure“, erklärt Huber. So werden die Bauwerke langsam zersetzt.

Ölfresser im Meer

Ebenfalls unstrittig ist, dass einige Bakterien Öl abbauen. Sie können bei Tankerunglücken helfen, die Ölteppiche zu beseitigen – vorausgesetzt, sie bekommen ausreichend Sauerstoff und das Öl ist im Wasser verteilt. „Die Bakterien brauchen immer Wasser zum Überleben“, sagt Harald Huber. In einer Öl-Wasser-Emulsion, erklärt er, könnten sie sich an die Öltröpfchen heften und sie nach und nach abbauen.

Ob allerdings Ölfresser auch in tief liegenden Ölfeldern leben, ist strittig. „Sobald man ein Öllager anbohrt, sind auch Mikroben drin“, meint Harald Huber. Hinterher sei nicht zu unterscheiden, ob die Einzeller schon vorher dort gelebt hätten oder erst durch die Bohrung in das Lager gelangt seien.

Im Prinzip, so hat die Forschung der letzten Jahre gezeigt, können Bakterien so ziemlich überall leben – in Vulkanen, im ewigen Dunkel. Die Lebenskünstler könnten uns den Weg weisen, wohin es gehen mag in, sagen wir, viereinhalb Milliarden Jahren. Dann nämlich, wenn die Sonne ihre letzten Strahlen ausgehaucht haben wird und die Erde mutterseelenallein durchs All irren sollte. Es könnte also auch ohne Sonnenstrahlen gehen, lernen wir daraus.

Die engen Grenzen des Lebens, die der Mensch gesteckt hat, mussten in den vergangenen Jahren enorm erweitert werden. Auffällig oft sind es Bakterien, die den widrigsten Bedingungen trotzen – und unter ihnen sind es besonders oft die Archaebakterien. Sie bilden einen eigenen Ast im Stammbaum des Lebens, neben den „normalen“ Bakterien und den höheren Lebewesen.

Sie wirken wie Relikte aus einer anderen Zeit, und womöglich sind sie das auch: ein Abbild dessen, was vor Milliarden Jahren auf der Erde der Normalzustand war. „Es gibt die Theorie, dass das Leben in der Hitze begonnen hat“, sagt Harald Huber. „Wenn diese Theorie zutrifft, müssten wir uns eigentlich fragen, wie wir überhaupt in dieser Kälte überleben können.“