Mikroorganismen können in fast allen Erdöllagerstätten mit gemäßigten Temperaturen nachgewiesen werden. Weltweit werden die meisten Erdöllagerstätten von biologisch abgebautem Schweröl und Bitumen dominiert. Der größte Teil des biologischen Abbaus in tiefen unterirdischen Lagerstätten findet an der Öl-Wasser-Übergangszone (eng. OWTZ) statt. Dies ist eine Kontaktzone zwischen einer erdölführenden Schicht und einer darunter liegenden Wasserschicht. Die Untersuchung natürlicher Prozesse in tiefen Erdöllagerstätten ist aufgrund mangelnder ungestörter und nicht durchmischter Proben schwierig. Zusätzlich führt eine künstliche Kultivierung zu Veränderungen in der Zusammensetzung von natürlich vorkommenden mikrobiellen Gemeinschaften und Abweichungen in den Stoffwechselraten. In einer aktuellen Studie wurden Mikroorganismen in mikrolitergroßen Wassertropfen gefunden, die im Bitumen des Pitch Lake in Trinidad und Tobago verteilt waren. Diese Einschlüsse deuten darauf hin, dass mikrobielles Leben und somit biologischer Abbau auch unabhängig von der OWTZ in Wassereinschlüssen vorkommen. Dadurch sind diese eingeschlossenen und separierten Mikrohabitate eine außergewöhnliche Möglichkeit allgemeine Einblicke in das mikrobielle Leben in tiefen unterirdischen Erdöllagerstätten zu erhalten. Es bleibt jedoch zu klären, ob mikrobiell besiedelte Wassertropfen ein generelles Merkmal in Bitumenlagerstätten sind oder nur eine Ausnahme im Pitch Lake.

Diese Studie untersucht mikrobielles Leben in mikrolitergroßen Wassertropfen in Bitumen und seine Auswirkungen auf den gesamten biologischen Abbauprozess. Dafür wurden Proben aus drei unterschiedlichen Bitumenlagerstätten entnommen: Dem Pitch Lake (La Brea, Trinidad und Tobago), den La Brea Tar Pits (Los Angeles, Kalifornien, USA) und einer unbenannten Quelle auf dem McKittrick-Ölfeld (McKittrick, Kalifornien, USA). Erste Untersuchungen bezüglich kleinster Wassereinschlüsse bestätigten das Vorkommen von 1‑10 µL großen Wassertropfen in allen drei untersuchten Bitumenlagerstätten. Zusätzliche Untersuchungen mittels dreidimensionaler Computertomographie von Bitumen aus dem Pitch Lake zeigten eine große Anzahl kleinerer Wassereinschlüsse <0,1 µL und lediglich einen Anteil von 0,2 % mit größerem Volumen. Die eingeschlossenen Wassertropfen erzeugen eine Bitumen-Wasser-Grenzfläche von durchschnittlich 1134 cm² pro Liter Bitumen, was die gesamte bioverfügbare Grenzfläche in Lagerstätten deutlich vergrößert. Weitere Untersuchungen von extrahierten Wassertropfen aus den drei Lagerstätten ergaben erstaunliche Zelldichten von bis zu 10⁹ Zellen mL^-1 und eine durchschnittliche Zellzahl von 2,0 × 10⁸ ± 3,6 × 10⁷ Zellen mL^-1. Die Lebensfähigkeit der vorhandenen Zellen wurde mittels LIVE/DEAD-Färbung überprüft. Die Auswertung der Ergebnisse ergab, dass 53 % der vorhandenen Mikroorganismen als membran-intakt und somit als lebend galten. Darüber hinaus ergaben ATP-Messungen Konzentrationen, die vergleichbar sind mit denen anderer unterirdischer Ökosystemen, was das Vorhandensein metabolisch aktiver Mikroorganismen bestätigt. Die Analyse der mikrobiellen Gemeinschaft einzelner Wassertropfen auf der Grundlage von 16S rRNA-Gen-Amplikonsequenzierung zeigte typische anaerobe Mikroorganismen, deren Beteiligung an Abbauprozessen in Erdöllagerstätten auf der ganzen Welt bereits bekannt ist. Obwohl die Probenahmestellen an voneinander weit entfernten Orten lagen, teilten alle drei Bitumenlagerstätten gleich mehrere operative taxonomische Einheiten (eng. OTUs). Eine Gruppe von 8 OTUs war in 97 bis 100 % aller untersuchten Tropfen vorhanden. In-situ-Zellfärbung in Wassertropfen, gefolgt von mikroskopischen Untersuchungen, sowie die Färbung der Bitumenoberfläche in angelegten Mikrokosmen mit fluoreszenzmarkierten Lektinen, zeigten mikrobielle Zellen auf der Bitumenoberfläche, die nach der Lektinfärbung zusätzlich von fluoreszierenden Strukturen umgeben waren. Die 16S rRNA-Gen-Amplikonsequenzierung der Bitumenoberflächen zeigte deutliche Unterschiede in der Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft im Vergleich zu Proben aus der wässrigen Phase. Die Ergebnisse untermauern die gängige Vorstellung der Biofilmbildung als vorherrschende Form des Lebens in Erdöllagerstätten. Darüber hinaus wurden die Abbauraten von Pitch Lake Bitumen durch "reverse stable isotope labeling" gemessen. Diese Methode ermöglicht die präzise Messung von relativ geringen Mineralisierungsraten im ng-Bereich. Dazu wurden frisch entnommene Bitumenproben mit künstlichem Brackwasser überlagert und 945 Tage lang inkubiert. Die Auswertung der erhaltenen Daten ergaben eine Mineralisierungsrate von 9,4‑38,6 mmol CO₂ pro Liter Bitumen und Jahr.

Diese Studie bestätigt, dass bewohnte, mikrolitergroße Wassertropfen ein gemeinsames Merkmal von Bitumenlagerstätten sind. Es konnte gezeigt werden, dass diese dicht besiedelten Mikrohabitate aktive und vielfältige mikrobielle Gemeinschaften beherbergen, die vermutlich in Biofilmen organisiert sind. Darüber hinaus wurde nachgewiesen, dass die Wassertropfen die Bitumen-Wasser-Grenzfläche erheblich vergrößern und aufgrund der festgestellten Mineralisierungsrate, über geologische Zeiträume hinweg, eine wichtige Rolle im gesamten Abbauprozess in tiefen unterirdischen Erdöllagerstätten spielen könnten. Diese Studie bietet neue Einblicke in das mikrobielle Leben in natürlichen Bitumenlagerstätten abseits der OWTZ und bildet die Grundlage für weitere Forschung zur mikrobiellen Ökologie, zu syntrophen Interaktionen und Stoffwechselprozessen in tiefen unterirdischen Erdöllagerstätten.