Von Schadstoffen und Schwebstaub in der Atmosphäre hört man ständig. Von Bakterien dagegen so gut wie nie. Dabei sind auch Mikroben fortwährend in der Luft unterwegs. Die Einzeller segeln mit dem Wind und stecken zuhauf in Wolken.
"Mit den Zahlen wird's immer ein bisschen schwierig, weil's wirklich noch ein offenes Feld ist, wie viel biologische Partikel tatsächlich in der Atmosphäre existieren und wie wichtig die sind."
Frank Stratmann leitet die Arbeitsgruppe "Wolken" am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung in Leipzig.
"Die höchsten Konzentrationen findet man natürlich in der Nähe des Erdbodens. Aber es wurden selbst in großen Höhen, also bis einige Kilometer, wurden noch Bakterien gefunden. Also, es wurden wirklich aus Wolkentropfen heraus Bakterien gesammelt. Und die konnten dann weiter kultiviert werden. Und die leben also tatsächlich noch."
Lebendiger ist inzwischen auch die Forschung über die winzigen Luftikusse. Auf der Leipziger Fachtagung beschäftigt sich ein gutes Dutzend der Konferenzbeiträge mit Bakterien. Denn manche von ihnen – so viel scheint heute klar zu sein – beeinflussen die Bildung von Wolken und Niederschlag.
"Der Prozess, wenn man mal mit dem reinen Bakterium anfangen würde, wäre, dass die zunächst erstmal – wir nennen das – aktivieren, das heißt, die dienen als Wolken-Kondensationskeime. Das Wasser lagert sich an, formt Tropfen um die Bakterien herum. Und dann, bei weiterer Temperaturabkühlung, führen die Bakterien dazu, dass dieser Tropfen gefriert."
Auch Frank Stratmanns Arbeitsgruppe untersucht die Bakterien der Lüfte. Zuletzt geschah das in einer speziellen Wolken-Simulationskammer am Leipziger Institut für Troposphärenforschung. Dabei arbeiteten die Wissenschaftler mit einer Pseudomonas-Art, die Pflanzen besiedelt und auch in die Atmosphäre gelangt. Die Meteorologin Stefanie Augustin:
"Hierbei ist es eben so, dass Wasser allgemein in der Atmosphäre bis zu sehr niedrigen Temperaturen, also weit unter null Grad, noch flüssig existieren kann. Und durch ein Bakterium zum Beispiel kann diese Temperatur zu höheren Temperaturen heraufgesetzt werden. Also, dass es eben nicht erst bei minus 38 Grad gefriert, sondern eben schon bei minus 10, minus 5 Grad."
Genau das beobachtet man in unseren Breiten: Eis in Wolken bildet sich schon bei viel höheren Temperaturen, als es eigentlich der Fall sein sollte.
Bei dieser beschleunigten Eis-Nukleation, wie sie auch genannt wird, könnten Bakterien tatsächlich ihre Hände im Spiel haben. Die Versuche in der Leipziger Simulationskammer deuten in diese Richtung:
"Ja, was wir herausgefunden haben: Dass eben diese Bakterien bei sehr hohen Temperaturen das Gefrieren auslösen. Also im Gegensatz zu Ruß oder Mineralstaub, wo wir bei minus 30 und kälter Eis-Nukleation gefunden haben, haben wir hier jetzt schon bei minus fünf Grad, bei minus zehn Grad schon sehr viel Eis gefunden. Also, bei minus fünf Grad fängt das an, und bei minus acht ist quasi alles gefroren."
Bakterien in der Luft könnten demnach viel stärker zur Wolkenbildung beitragen als Rußpartikel aus Dieselmotoren. Und es auch früher regnen lassen, da sie ja die Eis-Nukleation beschleunigen. Noch einmal Frank Stratmann:
"Es gibt auch viele Wolken, die kein Eis beinhalten, bei uns. Was allerdings wichtig ist: In unseren Breiten wird es keinen Niederschlag geben, ohne dass sich vorher Eis gebildet hat in der Wolke."
Denn ohne die Kristallisation würden Regentropfen nicht schwer genug, um zum Boden zu fallen.
Nicht alle Bakterien taugen übrigens zum Wolkenkeim. Aber die, die es tun, haben besondere Proteine auf ihrer Zellmembran, wie die Wolkenforscher heute wissen:
"Das ist einfach die Struktur ihrer Oberfläche oder der Proteine, die auf ihrer Oberfläche sitzen. Teilweise ist es da tatsächlich so, dass die so ein bisschen die Struktur von Eis nachbilden, es also dem Wasser leichter machen, daran zu gehen und zu gefrieren."
Das in Leipzig getestete Bakterium trägt solche Membranproteine. Die Art wird sogar schon kommerziell genutzt, und zwar in Beschneiungsanlagen für Skipisten, wo es die Erzeugung von Kunstschnee erleichtert. Mit den Pseudomonaden klappt das schon bei Temperaturen knapp unter dem Nullpunkt und nicht erst bei hohen Minusgraden.
Um herauszufinden, wie wichtig biologische Partikel als Wolkenbildner und Regenmacher sind, ist indes noch viel Forschung nötig. Zumal neben Bakterien auch noch anderes durch die Luft schwirrt, Pilzsporen und Pflanzenpollen zum Beispiel. Mit ihnen wollen sich die Wolkenforscher jetzt ebenfalls stärker befassen.
"Mit den Zahlen wird's immer ein bisschen schwierig, weil's wirklich noch ein offenes Feld ist, wie viel biologische Partikel tatsächlich in der Atmosphäre existieren und wie wichtig die sind."
Frank Stratmann leitet die Arbeitsgruppe "Wolken" am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung in Leipzig.
"Die höchsten Konzentrationen findet man natürlich in der Nähe des Erdbodens. Aber es wurden selbst in großen Höhen, also bis einige Kilometer, wurden noch Bakterien gefunden. Also, es wurden wirklich aus Wolkentropfen heraus Bakterien gesammelt. Und die konnten dann weiter kultiviert werden. Und die leben also tatsächlich noch."
Lebendiger ist inzwischen auch die Forschung über die winzigen Luftikusse. Auf der Leipziger Fachtagung beschäftigt sich ein gutes Dutzend der Konferenzbeiträge mit Bakterien. Denn manche von ihnen – so viel scheint heute klar zu sein – beeinflussen die Bildung von Wolken und Niederschlag.
"Der Prozess, wenn man mal mit dem reinen Bakterium anfangen würde, wäre, dass die zunächst erstmal – wir nennen das – aktivieren, das heißt, die dienen als Wolken-Kondensationskeime. Das Wasser lagert sich an, formt Tropfen um die Bakterien herum. Und dann, bei weiterer Temperaturabkühlung, führen die Bakterien dazu, dass dieser Tropfen gefriert."
Auch Frank Stratmanns Arbeitsgruppe untersucht die Bakterien der Lüfte. Zuletzt geschah das in einer speziellen Wolken-Simulationskammer am Leipziger Institut für Troposphärenforschung. Dabei arbeiteten die Wissenschaftler mit einer Pseudomonas-Art, die Pflanzen besiedelt und auch in die Atmosphäre gelangt. Die Meteorologin Stefanie Augustin:
"Hierbei ist es eben so, dass Wasser allgemein in der Atmosphäre bis zu sehr niedrigen Temperaturen, also weit unter null Grad, noch flüssig existieren kann. Und durch ein Bakterium zum Beispiel kann diese Temperatur zu höheren Temperaturen heraufgesetzt werden. Also, dass es eben nicht erst bei minus 38 Grad gefriert, sondern eben schon bei minus 10, minus 5 Grad."
Genau das beobachtet man in unseren Breiten: Eis in Wolken bildet sich schon bei viel höheren Temperaturen, als es eigentlich der Fall sein sollte.
Bei dieser beschleunigten Eis-Nukleation, wie sie auch genannt wird, könnten Bakterien tatsächlich ihre Hände im Spiel haben. Die Versuche in der Leipziger Simulationskammer deuten in diese Richtung:
"Ja, was wir herausgefunden haben: Dass eben diese Bakterien bei sehr hohen Temperaturen das Gefrieren auslösen. Also im Gegensatz zu Ruß oder Mineralstaub, wo wir bei minus 30 und kälter Eis-Nukleation gefunden haben, haben wir hier jetzt schon bei minus fünf Grad, bei minus zehn Grad schon sehr viel Eis gefunden. Also, bei minus fünf Grad fängt das an, und bei minus acht ist quasi alles gefroren."
Bakterien in der Luft könnten demnach viel stärker zur Wolkenbildung beitragen als Rußpartikel aus Dieselmotoren. Und es auch früher regnen lassen, da sie ja die Eis-Nukleation beschleunigen. Noch einmal Frank Stratmann:
"Es gibt auch viele Wolken, die kein Eis beinhalten, bei uns. Was allerdings wichtig ist: In unseren Breiten wird es keinen Niederschlag geben, ohne dass sich vorher Eis gebildet hat in der Wolke."
Denn ohne die Kristallisation würden Regentropfen nicht schwer genug, um zum Boden zu fallen.
Nicht alle Bakterien taugen übrigens zum Wolkenkeim. Aber die, die es tun, haben besondere Proteine auf ihrer Zellmembran, wie die Wolkenforscher heute wissen:
"Das ist einfach die Struktur ihrer Oberfläche oder der Proteine, die auf ihrer Oberfläche sitzen. Teilweise ist es da tatsächlich so, dass die so ein bisschen die Struktur von Eis nachbilden, es also dem Wasser leichter machen, daran zu gehen und zu gefrieren."
Das in Leipzig getestete Bakterium trägt solche Membranproteine. Die Art wird sogar schon kommerziell genutzt, und zwar in Beschneiungsanlagen für Skipisten, wo es die Erzeugung von Kunstschnee erleichtert. Mit den Pseudomonaden klappt das schon bei Temperaturen knapp unter dem Nullpunkt und nicht erst bei hohen Minusgraden.
Um herauszufinden, wie wichtig biologische Partikel als Wolkenbildner und Regenmacher sind, ist indes noch viel Forschung nötig. Zumal neben Bakterien auch noch anderes durch die Luft schwirrt, Pilzsporen und Pflanzenpollen zum Beispiel. Mit ihnen wollen sich die Wolkenforscher jetzt ebenfalls stärker befassen.