Die Fähigkeit der Sonnenblume, mit ihrer Blüte und den Blättern dem Lauf der Sonne von Ost nach West zu folgen, ist faszinierend – Forscher sprechen hier von Fototropismus. Im Unterschied dazu können viele fotosynthetisch aktive Bakterien gezielt auf eine Lichtquelle zu­schwimmen oder -kriechen, weichen dagegen gefährlich hohen Lichtintensitäten aus. Solche lichtgesteuerten freien Bewegungen bezeichnet man als positive beziehungsweise negative Fototaxis. Unklar war bislang allerdings, wie die einzelne Bakterienzelle dabei die Lichtquelle ortet.

Untersuchen lässt sich das etwa an dem einzelligen Zyanobakterium Synechocystis sp. PCC6803, das in Süßwasserseen Fotosynthese betreibt. In seiner Zellmembran sitzen Rezeptoren, die auf Licht verschiedener Wellenlängen ansprechen und entweder eine positive oder negative Fototaxis vermitteln. Wie aber bestimmen die Organismen die Richtung, aus der die Strahlen kommen? Nutzen sie dafür vielleicht die allmählich ansteigende Lichtintensität zur Quelle hin, also einen Gradienten? Um einen räumlichen Gradienten entlang der Zelle wahrzunehmen, sind sie allerdings schlicht zu klein. Zeitliche Gradienten können die Mikroben dagegen prinzipiell zur Orientierung nutzen, etwa indem sie die Konzentration eines chemischen Stoffs messen und mit einem vorigen Wert vergleichen. ...