Hohe UV-Strahlung, Schwermetalle, große Temperaturschwankungen, wenig Sauerstoff: manche Mikroben leben dort, wo es kaum noch vorstellbar ist. Die Geomikrobiologin Dr. Judith Klatt, seit 2022 am Max Planck Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg tätig und Forschungsgruppenleiterin am Zukunftszentrum Mikrokosmos Erde, nahm ihre Zuhörerschaft in der Steinmühle mit auf Forschungsreisen zu den mikrobiellen Überlebenskünstlern.

Interdisziplinäre Arbeit

Der wissenschaftliche Vortrag „Bakterien am Limit“ war zugleich eine Reise zu den allerersten Mikroben und den Anfängen des Lebens: „Es geht darum, mikrobielles Leben und gleichzeitig die Grenzen des Lebens zu verstehen“, sagte Dr. Judith Klatt. Dieses Verständnis erwachse an einer Schnittstelle mehrerer Disziplinen: Physik, Biologie und Chemie.

Weitreichende zeitliche Dimension

Einer der Forschungsorte von Dr. Klatt ist beispielsweise Hawaii: „Unsere Arbeiten öffnen uns ein Fenster in die Erdgeschichte auf einem Zeitstrahl von 4,5 Milliarden Jahren“ berichtete die Forscherin und gab ihren Zuhörern damit einen Hinweis auf die betrachtete zeitliche Dimension. Dabei fließen auch immer wieder umweltwissenschaftliche Themen in den Forschungsaufenthalt mit ein und helfen, die Schwankungen der maximalen Temperatur und des Sauerstoff- bzw. CO2-Gehalts der Atmosphäre im Laufe der Erdgeschickte besser zu verstehen. Beides hängt laut Dr. Klatt sehr eng mit dem „globalen Mikrobiom“ zusammen.

Grundlagen der Molekularbiologie

Extreme Lebensräume eröffnen der Forschung und den Forscherteams auch immer wieder neue Horizonte. So wurden in Mikroben aus extrem heißen oder kalten Lebensräumen die Grundlagen der Molekularbiologie isoliert: Beispielsweise die Enzyme für die Polymerase-Kettenreaktionen (PCR) und somit die Basis für Vaterschaftstests und DNA-Fingerabdrücke in der Forensik. Auch sorgten und sorgen Mikroorganismen wie Cyanobakterien, umgangssprachlich Blaualgen genannt, für die Produktion von Sauerstoff und waren maßgeblich an der Sauerstoffanreicherung in unsrer Atmosphäre im Präkambrium beteiligt. Cyanobakterien sind einzellige Organismen, leben im Süß- und Salzwasser und gewinnen ihre Energie mittels Fotosynthese, ähnlich wie unsere grünen Pflanzen. Dabei entsteht Sauerstoff, welcher aus den „mikrobiellen  Matten“ entweicht und vom Team um Dr. Klatt zum Beispiel mit Hilfe von Mikrosensoren gemessen werden kann.

Forschung unter schwierigsten Bedingungen

„Es kann schwierig sein, im Feld zu arbeiten“, erinnerte sich die Referentin beispielsweise an einen Forschungsaufenthalt in den Hochanden in 3.000 Metern Höhe. Ein Weg von 24 Stunden zum nächsten Supermarkt stellte das Forscherteam neben der Beantwortung der Forschungsfrage mit aufwendigen Methoden auch vor die diffizile Aufgabe der Selbstversorgung. Ein stabiles Leben für Mikroorganismen konnte dort bisher nicht festgestellt werden. Sauerstoff allein sei also kein sicheres Signal für Leben.

Beeindruckende Fotos

Am Max Planck Institut für Terrestrische Mikrobiologie in Marburg werden die extremen Bedingungen, die das Forscherteam vor Ort vorfindet, auch im Labor simuliert. „Die Herstellung des Zustands aus der Feldforschung gelingt so wie in der Umwelt natürlich nie so ganz, jedoch ermöglicht es uns dennoch, die enormen Dynamiken innerhalb eines extremen Lebensraums auch über längere Zeiträume sehr naturgetreu zu studieren“, erklärt Dr. Judith Klatt, die ihre Schilderungen mit beeindruckenden Fotos illustriert und mit ihrem Vortrag viel Begeisterung in der Schülerschaft entfacht hatte.

Ausgezeichnete Forscherin

Dr. Judith Klatt trägt mit ihrer Arbeit dazu bei, dass Marburg ein Ort exzellenter Spitzenforschung ist. Im Jahr 2024 wurde sie beispielsweise vom Europäischen Forschungsrat mit dem ERC Starting Grant ausgezeichnet.

Das Referat war Teil der Vortragsreihe „Microbes for Future“ des Max-Planck-Instituts für terrestrische Mikrobiologie in Marburg in Kooperation mit dem Schüler:innen-Forschungszentrum Mittelhessen (SFZ).

Die wissenschaftlichen Präsentationen werden weiter fortgesetzt.

(Angela Heinemann / Dr. Sven-A. Freibert)

Komplexe Sachverhalte adressatengerecht zu vermitteln – das gehört bestenfalls zu den Kompetenzen von Professoren, Dozenten im Allgemeinen und auch von Lehrkräften. In diesem Sinne lobte Steinmühlen-Schulleiter Björn Gemmer den Marburger Biologen und Chemiker Prof. Dr. Tobias Erb vom Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie ausdrücklich für seinen öffentlichen Vortrag in der Steinmühle.

Rund 100 Interessierte waren gekommen, um das Referat zum Thema ‚Mikrobielle Power – für neue Wege aus der Klimakrise‘ zu hören. Im Auditorium Schülerinnen und Schüler der Biologie-Leistungskurse der Jahrgangsstufen Q2 und Q4, die Grundkurs-Schülerinnen und -schüler unserer Q4 sowie neben externen Interessenten auch alle Mitglieder der plus-MINT-Gruppe aus der Steinmühle.

Inwiefern kann Mikrobiologie helfen, den CO2-Gehalt der Atmosphäre zu senken?

Das war Thema des Fachvortrags, den Biologie- und Mathematiklehrer Lehrer Dr. Sven Freibert, Mitglied des Plus-MINT-Betreuerteams der Steinmühle, so zusammenfasst:

Das „terrestrische Mikrobiom“ spielt im Kohlenstoffkreislauf eine enorm wichtige Rolle. Die Fixierung, auch von anthropogenem CO2, wird zum allergrößten Teil durch Landpflanzen und eben aquatische Mikroorganismen durchgeführt. Letztere sind vornehmlich in den globalen Ozeanen beheimatet. Allerdings ist die Effizienz der Fixierung von CO2 durch Mikroorganismen nicht sehr hoch. Durch die vergleichsweise hohe Verfügbarkeit von CO2 auch in der älteren und jüngeren Erdgeschichte bestand und besteht hier kein evolutionärer Druck, die Effizienz deutlich zu verbessern.

Die Mikrobiologie, oder besser in diesem Fall die synthetische Mikrobiologie und allen voran das Team mit und um Prof. Dr. Tobias Erb hat dieses „Problem“ der Effizienz nun in den Fokus ihrer Forschung genommen. Das Ziel ist es, mit Hilfe mikrobiologischer, genetischer und biochemischer Methoden Stoffwechselwege von Mikroorganismen zu identifizieren, zu isolieren und deren Effizienz zu steigern, um diese molekularen Maschinen schließlich zur künstlichen CO2-Fixierung verwenden zu können. Wohlgemerkt: Es ist nicht Ziel, künstlich hergestellte Mikroorganismen freizusetzen!

Ein weiterer Ansatz des Teams um Prof. Erb ist es, Nutzpflanzen, die in großen Mengen angebaut werden, genetisch so zu verändern, dass diese Pflanzen CO2 effizienter fixieren können. Dies hätte zum einen den Vorteil, dass anthropogenes CO2 in großen Mengen der Atmosphäre entnommen werden könnte und zum anderen die Pflanzen deutlich schneller wachsen würden, was wiederum Nahrungsmittel deutlich verfügbarer machen würde und damit der globalen Nahrungsversorgung dienlich wäre. „Zwei Fliegen mit einer Klappe“!

Höchste Aufmerksamkeit des Auditoriums

Dass das Publikum einem Vortragenden durchgehend gebannt zuhört, ist nicht die Regel. Tobias Erb schaffte es, über die volle Länge des knapp 45minütigen Vortrags höchste Aufmerksamkeit auf sich zu vereinigen. Er fand das richtige Maß an Fachlichkeit und Anschaulichkeit, und an der sich anschließenden rund 30minütigen Fragerunde wurde deutlich, dass er die Zuhörerschaft inhaltlich „mitgenommen“ hatte.

Am Ende lobte Erb ausdrücklich das tiefe Interesse der Steinmühlen-Schülerinnen und -schüler sowie die Qualität ihrer Fragen.

Referent machte Lust auf Forschung

Gestartet war Professor Erb war mit der Vorstellung des Max Planck Instituts in Marburg als eines von 86 Max-Planck-Instituten insgesamt. Er hob die Qualität der Forschung hervor, was sich nicht zuletzt an zahlreichen Auszeichnungen bis hin zu etlichen Nobelpreisen zeige. Der Wissenschaftler stellte die Arbeit der internationalen Forscherteams heraus und machte Lust auf naturwissenschaftliche Forschung.

Schülerforschungszentrum Mittelhessen als Veranstalter

Zum Abschluss dankte Steinmühlen-Schulleiter Björn Gemmer nicht nur dem Vortragenden Prof. Dr. Tobias Erb und Dr. Virginia Geisel als Press Officer, sondern auch dem Schüler:innenforschungszentrum Mittelhessen, das Initiator und Veranstalter war. Als Teil dieser Gruppe ist die Steinmühle Gastgeber von vier Vorträgen der Vortragsreihe „Microbes@School“.

(Gem / Dr. S. Freib / Heinm)