Wer am Meer steht und aufs Wasser schaut, denkt selten an Bakterien. Noch seltener daran, dass ausgerechnet der Darm eines Dorsches oder einer Sardine etwas mit dem Säuregehalt des Atlantiks zu tun haben könnte. Und doch rückt genau diese Verbindung gerade in den Fokus der Meeresforschung.
Ein unerwarteter Akteur im großen System
Ozeane sind keine passiven Wassermassen. Sie nehmen CO2 auf, geben Sauerstoff ab, transportieren Wärme und Nährstoffe. Chemiker, Klimaforscher und Biologen arbeiten seit Jahrzehnten daran, diese Prozesse zu verstehen. Lange richtete sich der Blick dabei auf Phytoplankton, auf Meeresströmungen oder auf den Eintrag von Nährstoffen aus Flüssen. Fische galten als Konsumenten in diesem System, nicht als Gestalter.
Das ändert sich gerade. Neue Studien legen nahe, dass Fische über ihre Darmmikrobiota aktiv in biogeochemische Kreisläufe eingreifen könnten. Die entscheidende Substanz heißt Trimethylaminoxid, kurz TMAO. Sie kommt in großen Mengen im Muskelgewebe vieler Meeresfische vor und dient ihnen als Schutzmechanismus gegen den hohen Druck in der Tiefsee. Was bislang weniger beachtet wurde: Darmbakterien von Fischen können TMAO abbauen und dabei flüchtige Verbindungen freisetzen, die ins Meerwasser übergehen.
Was Darmbakterien mit der Meereschemie zu tun haben
Der Abbau von TMAO durch Mikroorganismen erzeugt unter anderem Trimethylamin und andere schwefel- und stickstoffhaltige Verbindungen. Diese Stoffwechselprodukte sind nicht neutral. Sie beeinflussen den pH-Wert des umgebenden Wassers, können als Nährstoffquelle für andere Meeresbewohner dienen und reagieren mit gelöstem Sauerstoff. Hochgerechnet auf globale Fischpopulationen ergeben sich Mengen, die in die Berechnung von Meereschemie-Modellen eingehen könnten.
Wer sich tiefer in die Forschung im Überblick einliest, stößt auf konkrete Schätzungen: Allein die Weltproduktion an Heringen, Makrelen und Sardinen liegt bei über zehn Millionen Tonnen pro Jahr. In freier Wildbahn sind die Bestände dieser Arten noch um ein Vielfaches größer. Multipliziert man die TMAO-Konzentration im Fischgewebe mit diesen Biomassemengen, entstehen Größenordnungen, die Meeresgeochemiker nicht mehr ignorieren können.
Wie Bakterienstämme im Fischdarm funktionieren
Im Darm von Meeresfischen leben spezialisierte Mikrobengemeinschaften, die sich deutlich von denen terrestrischer Tiere unterscheiden. Besonders auffällig sind Vertreter der Gattungen Photobacterium und Shewanella, die beide bekannt dafür sind, TMAO als Elektronenakzeptor bei der anaeroben Atmung zu nutzen. Das bedeutet: Wenn wenig Sauerstoff zur Verfügung steht, schalten diese Bakterien auf TMAO um und produzieren dabei Trimethylamin als Abfallprodukt.
Dieser Prozess läuft nicht irgendwo in einem Labor ab, sondern täglich, in Milliarden von Fischen, in allen Tiefen der Weltmeere. Fische fressen, verdauen, scheiden aus. Was ausgeschieden wird, enthält nicht nur unverdaute Nahrungsreste, sondern auch die Stoffwechselprodukte dieser Bakterien. Fäkale Partikel sinken ab, lösen sich auf, geben ihre chemischen Bestandteile ans Wasser ab. In Tiefseeregionen mit geringer Durchmischung kann das lokal messbare Effekte erzeugen.
Drei Wege, wie Stoffwechselprodukte ins Wasser gelangen
- Direkte Ausscheidung: Über Kiemen und Nieren geben Fische gelöste Verbindungen kontinuierlich ans Wasser ab.
- Kotpartikel: Fäkalien sinken ab und setzen beim Zerfall Nährstoffe und chemische Verbindungen frei.
- Sterbende Fische: Wenn ein Fisch stirbt, werden sämtliche Körpersubstanzen einschließlich des Darminhalts rapid remineralisiert.
Warum das für das Klima relevant werden könnte
Der Ozean ist der größte aktive Kohlenstoffspeicher der Erde. Er nimmt jährlich rund 2,5 Milliarden Tonnen CO2 auf, also etwa ein Viertel aller menschlichen Emissionen. Dieser Prozess hängt von einer Kette biologischer und chemischer Reaktionen ab, die empfindlich auf Veränderungen reagieren. Wenn Fischpopulationen kollabieren, verändert sich nicht nur das Nahrungsnetz. Es verändern sich auch die mikrobiellen Gemeinschaften, die an den Tieren hängen.
Überfischung hat in den letzten 50 Jahren zahlreiche Bestände auf unter 30 Prozent ihrer historischen Größe gebracht. Das entspricht einem massiven Eingriff in die Biomasse der Ozeane. Ob und wie sich das auf die mikrobielle Aktivität in Fischdärmen und damit auf geochemische Kreisläufe ausgewirkt hat, ist noch weitgehend unbekannt. Aber die Frage ist gestellt, und das ist bereits ein Fortschritt.
Was Forschende jetzt tun
Mehrere Forschungsgruppen arbeiten daran, Fischdarm-Mikrobiome systematisch zu kartieren. Dabei kommen Methoden aus der Metagenomik zum Einsatz: Statt einzelne Bakterien zu züchten, wird die gesamte DNA aus Darmproben sequenziert und ausgewertet. So lässt sich feststellen, welche Mikroorganismen vorhanden sind und welche Stoffwechselwege sie nutzen.
Ein australisch-deutsches Konsortium hat 2023 damit begonnen, Proben aus verschiedenen Tiefen des Südpazifiks zu vergleichen. Erste Ergebnisse zeigen, dass Tiefseefische wie der Fang-Zahn oder verschiedene Laternenfische deutlich höhere TMAO-Spiegel aufweisen als Flachwasserfische und entsprechend spezialisierte Bakterienstämme beherbergen. Die Menge an täglich umgesetztem TMAO in der Tiefseezone zwischen 200 und 1000 Metern wurde vorläufig auf mehrere tausend Tonnen pro Tag geschätzt, global hochgerechnet.
Was bleibt offen
Die Forschung steht noch am Anfang. Unklar ist bislang, wie viel der freigesetzten Verbindungen tatsächlich ins Meerwasser übergeht und wie schnell sie dort weiterverstoffwechselt werden. Auch regionale Unterschiede zwischen Arktis, Tropen und gemäßigten Zonen sind kaum untersucht. Und die Frage, wie Klimaveränderungen wie steigende Meerestemperaturen oder Ozeanversauerung die Zusammensetzung von Fischdarm-Mikrobiomen verschieben, ist noch völlig offen.
Ein anderer Blick aufs Meer
Was diese Forschungsrichtung verändert, ist die Perspektive. Das Meer war lange ein Objekt der Beobachtung, ein System, das man beschreibt. Jetzt zeigt sich immer deutlicher, dass selbst die kleinsten Akteure, Bakterien in einem Fischdarm, Teil eines rückgekoppelten Systems sind, das auf Eingriffe reagiert. Überfischung, Artenverlust, Temperaturveränderungen: All das hat nicht nur ökologische, sondern möglicherweise auch chemische Konsequenzen, die wir gerade erst zu messen beginnen.
Für all jene, die das Meer als Erholungsraum, als Nahrungsquelle oder schlicht als faszinierendes Ökosystem schätzen, ist das kein abstraktes Wissenschaftsthema. Es ist eine Erinnerung daran, dass Zusammenhänge in der Natur tiefer reichen, als es auf den ersten Blick scheint. Manchmal braucht es einen Fischdarm, um das zu verstehen.
