Mikroben-Alchemie Wie Bakterien Gold machen

Von dieser Fähigkeit konnten die Alchemisten vergangener Jahrhunderte nur träumen: Ein Bakterium ist der entscheidende Motor bei der Entstehung von Goldnuggets. Wie es das macht, haben Forscher jetzt ermittelt.
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Das Bakterium C. metallidurans bildet winzig kleine Gold-Nuggets an seiner Außenhülle. (Foto: American Society for Microbiology)
Winziger Goldmacher

Das Bakterium C. metallidurans bildet winzig kleine Gold-Nuggets an seiner Außenhülle. (Foto: American Society for Microbiology)

BerlinAus Gift Gold machen – über diese erstaunliche Fähigkeit verfügt das Bakterium Cupriavidus metallidurans. Die Mikrobe, das haben Wissenschaftler schon vor einiger Zeit herausgefunden, ist in der Lage, aus einem giftigen Schwermetall-Cocktail wertvolle Spurenelemente zu gewinnen – und dabei winzige Goldnuggets zu produzieren. Wie genau die Bakterien das machen, haben Wissenschaftler der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) gemeinsam mit Kollegen aus München und Australien jetzt ermittelt.

C. metallidurans lebt bevorzugt in Böden, die mit Schwermetallen wie etwa Kupfer oder Gold angereichert sind – und damit als Lebensraum für die meisten Organismen ausscheiden. Denn im Lauf der Zeit verwittern einige Mineralien im Boden und geben dabei giftige Schwermetalle sowie Wasserstoff an ihre Umgebung ab.

Abgesehen von diesen Giften seien die Lebensbedingungen in solchen Böden aber gar nicht so schlecht, erläutert Dietrich Nies, Professor für Mikrobiologie an der MLU: „Es gibt genügend Wasserstoff zur Energiespeicherung und nahezu keinerlei Konkurrenz.“

Gold aus Sternen und Diamanten aus Seife
Gold – wertvoller Sternenstaub aus dem All
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Gold gehört zu den begehrtesten, weil edlen und raren Elementen. Die Gründe dafür liegen im Kosmos, denn dort entsteht das Edelmetall. Allerdings nicht wie etwa Kohlenstoff oder Eisen in normalen Sternen durch Kernfusion, sondern nur durch extrem energiereichere Vorgänge, etwa die Kollision zweier Neutronensterne.

Gold
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Bei diesen Fusionen verschmilzt neutronenreiches Material der Auswurfmasse, anschließend zerfallen die daraus hervorgegangenen Elemente wieder zu stabilen Kernen wie eben Gold. Bei einem solchen Ereignis, das Astronomen vor einigen Jahren beobachteten, entstand eine Menge Gold, die schätzungsweise zehnmal der Masse unseres Mondes entspricht.

Diamanten – so wertvoll kann Seife sein
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Die Weltproduktion an Diamanten reicht längst nicht mehr aus, um den Bedarf zu decken: 80 bis 90 Prozent aller Diamanten werden daher mittlerweile künstlich erzeugt. Sie kommen meist in der Industrie zum Einsatz, Schmuck macht den kleinsten Teil aus.

Die 20 Tonnen Naturmaterial stammen vor allem aus zwei Quellen: Zum einen aus den klassischen Minen, bei denen sogenannte Kimberlit-Schlote nahezu senkrecht in die Erde ausgebeutet werden – der Stein trägt die begehrten Diamanten.

Diamant
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Die andere Quelle sind sogenannte Diamantseifen, die trotz ihres Namens nichts mit waschaktiven Substanzen zu tun haben. Vielmehr handelt es sich hier um eine besondere Form der Mineralanreicherung. Verwittert der Kimberlit, bleiben die Diamanten als extrem robuste Materialien übrig. An einigen Küsten wie in Namibia passiert dies auch in Strandnähe.

Wenn ankommende Wellen Material auf den Strand verfrachten, nimmt das zurückströmende Wasser die leichteren Körner wieder mit, während die harten Brocken, eben die Diamanten, im Sand oder Kies zurückbleiben und sich dort zu Diamantseife anreichern. „Seife“ stammt übrigens aus dem geologischen Sprachgebrauch und bezeichnet jede Art sekundärer Mineralanreicherung in Sedimenten.

Saphire – ein Fluss voller Edelsteine
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Ein altes Flussbett bei Ratnapura, südöstlich von Sri Lankas Hauptstadt Colombo, ist das Eldorado für Edelsteinsucher. Seit 2000 Jahren schätzen Glückssucher die Region wegen ihrer relativ leicht zugänglichen Vorkommen an Saphiren, Rubinen und Granaten. Ursprünglich stammen sie aus dem angrenzenden Hochland, wo ihr Ausgangsgestein erodiert und von Niederschlägen in die Flussläufe gespült wurde. Dort lagerten sich die edlen Steine ab und wurden von jüngeren Sedimenten überdeckt. (Foto: dpa)

Saphir
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2016 wurde hier einer der bislang größten Saphire der Welt ausgegraben und der Öffentlichkeit vorgestellt: Er wiegt 1404 Karat und ist schätzungsweise 90 Millionen Euro wert. Bei dem hier abgebildeten Stein handelt es sich um ein anderes Exemplar, das bei einer Versteigerung im Jahr 2008 „nur“ knapp drei Millionen Euro erbrachte. (Foto: dpa)

Lithium – das Metall aus dem Salzsee
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Bislang besteht die wirtschaftliche Bedeutung des bolivianischen Salar de Uyuni in seinem touristischen Wert. Der riesige Salzsee im Altiplano der Anden lockt jedes Jahr zehntausende Touristen an, die die bizarre Salzpfanne bewundern. Doch der Salar besitzt noch einen weiteren Schatz, und der weckt industrielle Begehrlichkeiten: Er umfasst das weltweit vielleicht größte Vorkommen an Lithium – einem Metall, das etwa für Akkumulatoren von Elektroautos oder Smartphones gebraucht wird.

Allerdings muss sich, wer hier überleben will, wirkungsvoll gegen die Schwermetall-Gifte schützen. Um dieses Problem zu lösen, aktiviert C. metallidurans ein Enzym namens CopA. Es wandelt die leicht aufnehmbaren Schwermetall-Verbindungen im Boden in schwerer konsumierbare Formen um.

So kann sich das Bakterium einerseits ausreichend mit dem lebenswichtigen Spurenelement Kupfer versorgen, andererseits gelangen weniger der schädlichen Kupfer- und Goldverbindungen in das Innere der Mikrobe. „Das Bakterium wird weniger vergiftet, zudem kann es über ein spezielles Kupfer-Abpump-Enzym ungehindert überschüssiges Kupfer entsorgen“, so Nies.

Spannend ist aber vor allem, was bei diesem Prozess mit den gelösten Gold-Verbindungen geschieht: Das Edelmetall lagert sich als harmlose, nur wenige Nanometer große Nuggets im Außenbereich der bakteriellen Zelle an. Im Laufe der Zeit kann sich das Edelmetall so im Boden zu größeren Lagerstätten anreichern. In der Natur spielt C. metallidurans damit eine zentrale Rolle bei der Bildung von sekundärem Gold, das im Anschluss an die Verwitterung von primären, geologisch entstandenen Golderzen entsteht.

Doch nicht nur diese Erkenntnis ist für die Forscher wertvoll. In Zukunft könnten ihre Ergebnisse auch helfen, die Goldgewinnung insgesamt umweltfreundlicher zu machen. Etwa, indem statt des heute üblichen giftigen Quecksilbers Bakterien-Enzyme genutzt werden, um das Edelmetall auch aus Erzen mit einem nur geringen Goldanteil zu gewinnen.

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