This deep-sea mystery is changing our understanding of life | Karen Lloyd

Übersetzung: Andreas Herzog Lektorat: Swenja Gawantka

I'm an ocean microbiologist at the University of Tennessee,

Ich bin Meeres-Mikrobiologin an der Universität Tennessee

and I want to tell you guys about some microbes

und ich will Ihnen von Mikroben erzählen,

that are so strange and wonderful

die so merkwürdig und wunderbar sind, dass sie infrage stellen,

that they're challenging our assumptions about what life is like on Earth.

was wir über das Leben auf der Erde zu wissen glauben.

So I have a question.

Ich habe ein Frage an Sie.

Please raise your hand if you've ever thought it would be cool

Bitte heben Sie die Hand, wenn Sie es cool fänden,

to go to the bottom of the ocean in a submarine?

in einem U-Boot zum Ozeanboden zu fahren.

Yes.

Ja!

Most of you, because the oceans are so cool.

Die meisten von Ihnen, denn die Ozeane sind cool.

Alright, now -- please raise your hand

Heben Sie jetzt bitte die Hand,

if the reason you raised your hand to go to the bottom of the ocean

wenn Sie nur deshalb zum Ozeanboden fahren wollen,

is because it would get you a little bit closer

weil Sie das ein bisschen näher

to that exciting mud that's down there.

zu dem aufregenden Schlamm da unten bringen würde.

(Laughter)

(Gelächter)

Nobody.

Niemand.

I'm the only one in this room.

Ich bin die einzige hier.

Well, I think about this all the time.

Ich denke ständig darüber nach.

I spend most of my waking hours

Ich überlege tagein, tagaus,

trying to determine how deep we can go into the Earth

wie tief wir in die Erde eindringen

and still find something, anything, that's alive,

und noch etwas Lebendiges finden können,

denn wir kennen immer noch nicht die Antwort

because we still don't know the answer to this very basic question

auf die grundlegende Frage nach dem Leben auf der Erde.

about life on Earth.

So in the 1980s, a scientist named John Parkes, in the UK,

In den 1980ern war John Parkes, ein Forscher in Großbritannien,

was similarly obsessed,

ähnlich besessen von dieser Frage und er hatte eine verrückte Idee.

and he came up with a crazy idea.

He believed that there was a vast, deep, and living microbial biosphere

Er glaubte, es gebe eine riesige, tiefe,

lebendige mikrobielle Biosphäre unter den Ozeanen der Welt,

underneath all the world's oceans

die hunderte von Metern in den Meeresboden hineinreicht,

that extends hundreds of meters into the seafloor,

which is cool,

was cool ist,

but the only problem is that nobody believed him,

aber leider glaubte ihm niemand.

and the reason that nobody believed him

Der Grund dafür ist,

is that ocean sediments may be the most boring place on Earth.

dass es wohl nichts Langweiligeres auf der Welt gibt als Ozeansedimente.

(Laughter)

(Gelächter)

There's no sunlight, there's no oxygen,

Es gibt da kein Sonnenlicht, keinen Sauerstoff,

und, vielleicht am schlimmsten,

and perhaps worst of all,

there's no fresh food deliveries for literally millions of years.

keine frischen Nährstofflieferungen für buchstäblich Millionen von Jahren.

Man muss kein Biologieprofessor sein,

You don't have to have a PhD in biology

to know that that is a bad place to go looking for life.

um zu wissen, dass das ein schlechter Ort für die Suche nach Leben ist.

(Laughter)

But in 2002, [Steven D'Hondt] had convinced enough people

(Gelächter)

Aber 2002 überzeugte [Steven D'Hondt] genügend Leute von der Sache,

that he was on to something that he actually got an expedition

um eine Expedition auf dem Bohrschiff JOIDES Resolution zu bekommen.

on this drillship, called the JOIDES Resolution.

And he ran it along with Bo Barker Jørgensen of Denmark.

Er leitete sie zusammen mit Bo Barker Jørgensen aus Dänemark.

And so they were finally able to get

Und so bekamen sie endlich makellose, unterirdische Sedimentproben

good pristine deep subsurface samples

some really without contamination from surface microbes.

ohne jegliche Kontamination durch Oberflächenmikroben.

This drill ship is capable of drilling thousands of meters underneath the ocean,

Dieses Bohrschiff kann tausende von Metern in den Ozeanboden hineinbohren,

and the mud comes up in sequential cores, one after the other --

und der Schlamm wird nach und nach in Bohrkernen nach oben befördert,

long, long cores that look like this.

sehr lange Bohrkerne, die so aussehen.

This is being carried by scientists such as myself who go on these ships,

Wissenschaftler wie ich tragen sie über das Schiff;

and we process the cores on the ships and then we send them home

wir bearbeiten sie auf den Schiffen

und schicken sie in unsere Labore für weitere Untersuchungen.

to our home laboratories for further study.

So when John and his colleagues

Als John und seine Kollegen die ersten, kostbaren Tiefseeproben erhielten,

got these first precious deep-sea pristine samples,

they put them under the microscope,

untersuchten sie sie mit dem Mikroskop,

and they saw images that looked pretty much like this,

und sie sahen Bilder ziemlich genau wie dieses,

which is actually taken from a more recent expedition

das von einer jüngeren Expedition meiner Doktorandin Joy Buongiorno stammt.

by my PhD student, Joy Buongiorno.

You can see the hazy stuff in the background.

Sie sehen das trübe Zeug im Hintergrund.

That's mud. That's deep-sea ocean mud,

Das ist Schlamm. Tiefsee-Ozeanschlamm.

and the bright green dots stained with the green fluorescent dye

Die hellgrünen Punkte, gefärbt mit grün fluoreszierender Farbe,

are real, living microbes.

sind echte, lebende Mikroben.

Now I've got to tell you something really tragic about microbes.

Jetzt muss ich Ihnen etwas sehr Tragisches über Mikroben erzählen.

They all look the same under a microscope,

Unter dem Mikroskop sehen alle gleich aus,

I mean, to a first approximation.

jedenfalls auf den ersten Blick.

You can take the most fascinating organisms in the world,

Man kann die faszinierendsten Organismen der Welt nehmen --

like a microbe that literally breathes uranium,

etwa eine Mikrobe, die buchstäblich Uran atmet,

and another one that makes rocket fuel,

und eine, die Raketentreibstoff erzeugt --

mix them up with some ocean mud,

sie mit Ozeanschlamm mischen, unter ein Mikroskop legen,

put them underneath a microscope,

and they're just little dots.

und man sieht nur kleine Punkte.

It's really annoying.

Es ist wirklich ärgerlich.

So we can't use their looks to tell them apart.

Wir können sie also nicht am Aussehen unterscheiden.

We have to use DNA, like a fingerprint,

Wir müssen DNA wie einen Fingerabdruck nutzen,

to say who is who.

um zu sagen, wer wer ist.

And I'll teach you guys how to do it right now.

Jetzt bringe ich Ihnen bei, wie das geht.

So I made up some data, and I'm going to show you some data that are not real.

Ich zeige Ihnen Daten, die ich mir ausgedacht habe.

This is to illustrate what it would look like

Das soll veranschaulichen, wie es aussähe,

if a bunch of species were not related to each other at all.

wenn einige Arten überhaupt nicht miteinander verwandt wären.

So you can see each species

Wie Sie sehen, hat jede Art

has a list of combinations of A, G, C and T,

ihre eigenen Kombinationen von A, G, C und T,

den vier Untereinheiten von DNA,

which are the four sub-units of DNA,

sort of randomly jumbled, and nothing looks like anything else,

willkürlich zusammengewürfelt, und keine zwei sehen gleich aus.

and these species are totally unrelated to each other.

Diese Arten sind absolut nicht miteinander verwandt.

But this is what real DNA looks like,

Aber so sieht echte DNA von einem Gen aus,

from a gene that these species happen to share.

das diese Arten miteinander teilen.

Everything lines up nearly perfectly.

Alles bildet eine fast perfekte Linie.

The chances of getting so many of those vertical columns

Die Wahrscheinlichkeit so vieler vertikaler Säulen,

where every species has a C or every species has a T,

in denen rein zufällig jede Art ein C oder jede Art ein T hat,

by random chance, are infinitesimal.

ist unendlich klein.

So we know that all those species had to have had a common ancestor.

Also müssen all diese Arten einen gemeinsamen Vorfahren gehabt haben.

They're all relatives of each other.

Sie sind alle miteinander verwandt.

So now I'll tell you who they are.

Jetzt sage ich Ihnen, wer sie sind.

The top two are us and chimpanzees,

Die beiden oberen sind wir und Schimpansen.

which y'all already knew were related, because, I mean, obviously.

die verwandt sind, aber das wussten Sie natürlich.

Ist ja offensichtlich.

(Laughter)

(Gelächter)

Aber wir sind auch verwandt mit uns unähnlichen Dingen wie Kiefern

But we're also related to things that we don't look like,

like pine trees and Giardia, which is that gastrointestinal disease

und der Magendarmkrankheit Giardia, die man bekommen kann,

you can get if you don't filter your water while you're hiking.

wenn man beim Wandern sein Trinkwasser nicht filtert.

We're also related to bacteria like E. coli and Clostridium difficile,

Wir sind auch verwandt mit dem Kolibakterium

und mit Clostridioides difficile, einem schrecklichen Erreger,

which is a horrible, opportunistic pathogen that kills lots of people.

der viele Menschen tötet.

But there's of course good microbes too, like Dehalococcoides ethenogenes,

Aber es gibt natürlich auch gute Mikroben wie Dehalococcoides ethenogenes,

which cleans up our industrial waste for us.

die unseren Industriemüll aufräumen.

So if I take these DNA sequences,

Wenn ich also diese DNA-Sequenzen nutze,

and then I use them, the similarities and differences between them,

um mit ihren Übereinstimmungen und Unterschieden

to make a family tree for all of us

einen Familienstammbaum von uns allen zu machen,

so you can see who is closely related,

der zeigt, wer eng verwandt ist,

then this is what it looks like.

dann sieht das so aus.

So you can see clearly, at a glance,

Man sieht auf den ersten Blick,

that things like us and Giardia and bunnies and pine trees

dass wir Menschen, Giardia, Kaninchen und Kiefern

are all, like, siblings,

alle wie Geschwister sind,

während Bakterien unseren entfernten Cousins entsprechen.

and then the bacteria are like our ancient cousins.

But we're kin to every living thing on Earth.

Aber wir sind mit jedem Lebewesen auf der Erde verwandt.

So in my job, on a daily basis,

In meinem Job darf ich tagtäglich

I get to produce scientific evidence against existential loneliness.

wissenschaftliche Beweise gegen existentielle Einsamkeit erbringen.

So when we got these first DNA sequences,

Als wir vom ersten Bohrschiff die ersten DNA-Sequenzen

from the first cruise, of pristine samples from the deep subsurface,

von den makellosen Proben aus dem Ozeanboden erhielten,

we wanted to know where they were.

wollten wir wissen, wo sie waren.

So the first thing that we discovered is that they were not aliens,

Als erstes entdeckten wir, dass sie keine Aliens waren,

because we could get their DNA to line up with everything else on Earth.

denn ihre DNA bildet eine Linie mit allem anderen auf der Erde.

But now check out where they go on our tree of life.

Aber sehen Sie sich ihren Platz auf unserem Lebensbaum an.

The first thing you'll notice is that there's a lot of them.

Als erstes erkennen Sie, dass es viele von ihnen gibt.

It wasn't just one little species

Das war nicht nur eine kleine Art,

that managed to live in this horrible place.

die an diesem grausigen Ort überlebt hat.

It's kind of a lot of things.

Es sind eher sehr viele.

And the second thing that you'll notice,

Zweitens merken Sie hoffentlich,

hopefully, is that they're not like anything we've ever seen before.

dass sie anders sind als alles, was wir je gesehen haben.

They are as different from each other

Sie unterscheiden sich voneinander genauso sehr wie von allem,

as they are from anything that we've known before

was wir schon kennen --

as we are from pine trees.

so wie wir von Kiefern.

So John Parkes was completely correct.

Also hatte John Parkes völlig Recht.

He, and we, had discovered a completely new and highly diverse

Er, und wir, hatten ein völlig neues und höchst diverses,

microbial ecosystem on Earth

mikrobielles Ökosystem auf der Erde entdeckt,

that no one even knew existed before the 1980s.

von dessen Existenz vor 1980 niemand auch nur eine Ahnung hatte.

So now we were on a roll.

Jetzt waren wir in Fahrt.

The next step was to grow these exotic species in a petri dish

Als nächstes wollten wir diese exotischen Arten

in einer Petrischale wachsen lassen, um mit ihnen zu experimentieren,

so that we could do real experiments on them

like microbiologists are supposed to do.

wie sich das für Mikrobiologen gehört.

But no matter what we fed them,

Aber egal welche Nährlösung, sie weigerten sich zu wachsen.

they refused to grow.

Even now, 15 years and many expeditions later,

Sogar heute, 15 Jahre und viele Expeditionen später,

no human has ever gotten a single one of these exotic deep subsurface microbes

ist es noch niemandem gelungen,

eine dieser exotischen Mikroben aus dem tiefsten Untergrund

to grow in a petri dish.

in einer Petrischale zu züchten.

And it's not for lack of trying.

Und es gab viele Versuche.

Das mag enttäuschend klingen,

That may sound disappointing,

aber ich finde es faszinierend,

but I actually find it exhilarating,

because it means there are so many tantalizing unknowns to work on.

denn offenbar gibt es noch so viele verlockende Rätsel zu erforschen.

Like, my colleagues and I got what we thought was a really great idea.

Meine Kollegen und ich etwa hatten eine unserer Meinung nach großartige Idee.

We were going to read their genes like a recipe book,

Wir wollten ihre Gene wie ein Kochbuch lesen:

find out what it was they wanted to eat and put it in their petri dishes,

herausfinden, was sie fraßen, das in die Petrischale tun,

and then they would grow and be happy.

und dann sollten sie wachsen und glücklich sein.

But when we looked at their genes,

Aber die Untersuchung ihrer Gene ergab,

it turns out that what they wanted to eat was the food we were already feeding them.

dass ihre Lieblingsnahrung das war, was wir ihnen schon gaben.

So that was a total wash.

Das war also ein Reinfall.

There was something else that they wanted in their petri dishes

Sie wollten etwas anderes in ihren Petrischalen haben,

that we were just not giving them.

was wir ihnen einfach nicht gaben.

So by combining measurements from many different places

Durch die Kombination von Messungen

von vielen verschiedenen Orten weltweit

around the world,

my colleagues at the University of Southern California,

errechneten meine Kollegen von der University of Southern California,

Doug LaRowe and Jan Amend,

Doug LaRowe und Jan Amend,

were able to calculate that each one of these deep-sea microbial cells

dass jede dieser Tiefsee-Mikroben

requires only one zeptowatt of power,

nur einen Zeptowatt Energie benötigt.

and before you get your phones out, a zepto is 10 to the minus 21,

Bevor Sie Ihre Handys herausholen -- ein Zepto ist 10 hoch -21.

because I know I would want to look that up.

Ich weiß, ich würde das nachsehen wollen.

Humans, on the other hand,

Menschen hingegen benötigen circa 100 Watt Energie.

require about 100 watts of power.

So 100 watts is basically if you take a pineapple

100 Watt entspricht etwa einer Ananas,

and drop it from about waist height to the ground 881,632 times a day.

die man 881.632-mal am Tag aus etwa Hüfthöhe zu Boden fallen lässt.

If you did that and then linked it up to a turbine,

Wenn man das täte und sie an eine Turbine anschlösse,

that would create enough power to make me happen for a day.

würde das genug Energie produzieren, um mich einen Tag lang zu 'betreiben'.

A zeptowatt, if you put it in similar terms,

Ein Zeptowatt ist dementsprechend,

is if you take just one grain of salt

wenn man ein einziges Salzkorn nimmt

and then you imagine a tiny, tiny, little ball

und sich dann einen winzig kleinen Ball

that is one thousandth of the mass of that one grain of salt

mit dem Tausendstel der Masse jenes Salzkorns vorstellt,

and then you drop it one nanometer,

den man einen Nanometer fallen lässt --

which is a hundred times smaller than the wavelength of visible light,

was hundertmal kleiner ist als die Wellenlänge sichtbaren Lichts --,

once per day.

einmal pro Tag.

That's all it takes to make these microbes live.

Mehr brauchen diese Mikroben zum Leben nicht.

That's less energy than we ever thought would be capable of supporting life,

Das ist weniger Energie,

als wir jemals für das Minimum zum Leben möglich hielten,

but somehow, amazingly, beautifully,

aber unglaublicherweise ist es wie durch ein Wunder genug.

it's enough.

So if these deep-subsurface microbes

Wenn also die subterranen Mikroben ein anderes Verhältnis zu Energie haben,

have a very different relationship with energy than we previously thought,

als wir zunächst annahmen,

then it follows that they'll have to have

dann haben sie folglich auch ein anderes Verhältnis zur Zeit,

a different relationship with time as well,

because when you live on such tiny energy gradients,

denn wenn man von einer so winzigen Energiemenge lebt,

rapid growth is impossible.

ist schnelles Wachstum unmöglich.

If these things wanted to colonize our throats and make us sick,

Wenn sie unsere Hälse besiedeln und uns krank machen wollten,

they would get muscled out by fast-growing streptococcus

würden sie von schnell wachsenden Streptokokken verdrängt,

before they could even initiate cell division.

bevor sie mit der Zellteilung auch nur beginnen könnten.

So that's why we never find them in our throats.

Deswegen finden wir sie nie in unseren Hälsen.

Perhaps the fact that the deep subsurface is so boring

Vielleicht ist die Tatsache, dass der Tiefseeboden so langweilig ist,

is actually an asset to these microbes.

ein Vorteil für diese Mikroben.

They never get washed out by a storm.

Sie werden nie von einem Sturm weggespült.

They never get overgrown by weeds.

Sie werden nie von Unkraut überwuchert.

All they have to do is exist.

Sie müssen einfach nur existieren.

Maybe that thing that we were missing in our petri dishes

Vielleicht war die Zutat, die in unseren Petri-Schalen fehlte,

was not food at all.

gar kein Nährstoff.

Maybe it wasn't a chemical.

Vielleicht war es keine Chemikalie.

Maybe the thing that they really want,

Vielleicht ist der Nährstoff, den sie wirklich haben wollen,

the nutrient that they want, is time.

Zeit!

Aber Zeit ist die eine Sache, die ich ihnen nie werde geben können.

But time is the one thing that I'll never be able to give them.

So even if I have a cell culture that I pass to my PhD students,

Selbst wenn ich eine Zellkultur an meine Doktoranden weitergebe,

who pass it to their PhD students, and so on,

und die geben sie weiter an ihre Doktoranden usw.,

we'd have to do that for thousands of years

müssten wir das tausende Jahre lang tun,

in order to mimic the exact conditions of the deep subsurface,

um die genauen Bedingungen tief im Meeresboden zu imitieren,

all without growing any contaminants.

ohne dabei Verunreinigungen zu züchten.

It's just not possible.

Das ist einfach nicht möglich.

But maybe in a way we already have grown them in our petri dishes.

Aber vielleicht wachsen sie schon in unseren Petrischalen.

Maybe they looked at all that food we offered them and said,

Vielleicht sahen sie all die Nährstoffe und sagten:

"Thanks, I'm going to speed up so much

"Danke, jetzt beeile ich mich so,

that I'm going to make a new cell next century.

dass ich in 100 Jahren eine neue Zelle mache -- uff!"

Ugh.

(Laughter)

(Gelächter)

So why is it that the rest of biology moves so fast?

Aber weshalb bewegt sich alles andere in der Biologie so schnell?

Warum stirbt eine Zelle nach einem Tag

Why does a cell die after a day

and a human dies after only a hundred years?

und ein Mensch nach nur hundert Jahren?

These seem like really arbitrarily short limits

Das scheinen willkürlich kurze Zeitgrenzen zu sein,

when you think about the total amount of time in the universe.

wenn man bedenkt, wie viel Zeit es im Universum gibt.

But these are not arbitrary limits.

Aber diese Grenzen sind nicht willkürlich.

They're dictated by one simple thing,

Sie beruhen auf einer einzigen, einfachen Sache,

and that thing is the Sun.

und das ist die Sonne.

Once life figured out how to harness the energy of the Sun

Als Lebewesen lernten,

die Energie der Sonne durch Fotosynthese zu nutzen,

through photosynthesis,

we all had to speed up and get on day and night cycles.

mussten wir uns alle schnell an Tag-Nacht-Zyklen gewöhnen.

In that way, the Sun gave us both a reason to be fast

Die Sonne gab uns sozusagen sowohl den Grund

als auch die Energie, schnell zu sein.

and the fuel to do it.

You can view most of life on Earth like a circulatory system,

Fast alles Leben auf der Erde gleicht einem Kreislaufsystem,

and the Sun is our beating heart.

und die Sonne ist unser schlagendes Herz.

But the deep subsurface is like a circulatory system

Aber der Tiefseeboden ist wie ein Kreislaufsystem,

that's completely disconnected from the Sun.

das völlig unabhängig von der Sonne ist.

It's instead being driven by long, slow geological rhythms.

Stattdessen wird es von langen, langsamen geologischen Rhythmen bestimmt.

There's currently no theoretical limit on the lifespan of one single cell.

Zur Zeit gibt es keine theoretische Grenze für die Lebensdauer einer einzelnen Zelle.

As long as there is at least a tiny energy gradient to exploit,

Solange es zumindest ein winziges Energiepotenzial zu verwerten gibt,

theoretically, a single cell could live

könnte eine einzelne Zelle theoretisch hunderttausende Jahre leben,

for hundreds of thousands of years or more,

simply by replacing broken parts over time.

einfach durch das Ersetzen abgenutzter Bestandteile.

To ask a microbe that lives like that to grow in our petri dishes

Damit eine so lebende Mikrobe in unserer Petrischale wachsen kann,

is to ask them to adapt to our frenetic, Sun-centric, fast way of living,

müsste sie sich an unser hektisches, sonnenzentriertes Leben anpassen,

and maybe they've got better things to do than that.

und vielleicht haben sie einfach etwas Besseres zu tun!

(Laughter)

(Gelächter)

Imagine if we could figure out how they managed to do this.

Stellen Sie sich vor, wir könnten feststellen,

wie sie das hinkriegen.

What if it involves some cool, ultra-stable compounds

Was, wenn es einen coolen, ultrastabilen Stoff beinhaltet,

that we could use to increase the shelf life

der die Lagerzeit biomedizinischer oder industrieller Anwendungen verlängert?

in biomedical or industrial applications?

Or maybe if we figure out the mechanism that they use

Oder, wenn wir die Mechanismen verstehen,

durch die sie so extrem langsam wachsen,

to grow so extraordinarily slowly,

we could mimic it in cancer cells and slow runaway cell division.

könnten wir sie in Krebszellen nachbilden und unkontrollierte Zellteilung bremsen.

I don't know.

Ich weiß es nicht.

I mean, honestly, that is all speculation,

All das ist offen gesagt Spekulation,

but the only thing I know for certain

aber ich weiß mit 100%iger Sicherheit,

is that there are a hundred billion billion billlion

dass es 100.000 Quadrillionen lebende mikrobische Zellen gibt,

living microbial cells

underlying all the world's oceans.

tief unter allen Ozeanen der Erde.

Das ist 200-mal so viel

That's 200 times more than the total biomass of humans on this planet.

wie die gesamte Biomasse von Menschen auf diesem Planeten.

And those microbes have a fundamentally different relationship

Und diese Mikroben haben eine völlig andere Beziehung

with time and energy than we do.

zu Zeit und Energie als wir.

What seems like a day to them

Was für sie ein Tag ist,

might be a thousand years to us.

sind vielleicht 1.000 Jahre für uns.

Sie kümmern sich nicht um die Sonne,

They don't care about the Sun,

and they don't care about growing fast,

wollen nicht schnell wachsen,

and they probably don't give a damn about my petri dishes ...

und meine Petrischalen sind ihnen wohl völlig egal --

(Laughter)

(Gelächter)

but if we can continue to find creative ways to study them,

aber wenn wir weiterhin kreative Wege für ihre Erforschung finden,

then maybe we'll finally figure out what life, all of life, is like on Earth.

finden wir vielleicht endlich heraus,

wie das Leben auf der Erde funktioniert.

Thank you.

Danke.

(Applause)

(Applaus)