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Extremophile: Mikrobe lebt von schwer verdaulicher Kost

Ein ursprünglicher Stoffwechselweg in Archaeen zeigt, wie Bakterien lernten, chlorhaltige Verbindungen zu atmen und Sauerstoff zu tolerieren.
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Niederländische Wissenschaftler haben einen Organismus entdeckt, der unter extremen Bedingungen Perchlorat und Chlorat veratmet. Die extremophile Mikrobe Archaeoglobus fulgidus lebt in heißen untermeerischen Quellen italienischer Vulkaninseln, taucht jedoch auch in tiefen heißen Grundwässern und sogar in Ölreservoiren auf. Wie das Team um Martin Liebensteiner von der Universität Wageningen feststellte, besitzt der Organismus, anders als Perchlorat atmende Bakterien, kein Enzym, um das entstehende Abfallprodukt abzubauen. Er ist deswegen auf anorganische Reaktionen angewiesen. Die Wissenschaftler werten ihre Entdeckung als Indiz dafür, dass die Perchlorat-Atmung evolutionär sehr alt ist und schon früh in der Geschichte des Lebens eine Rolle gespielt hat.

Seit mehreren Jahren ist bekannt, dass Perchlorate und Chlorate nicht nur künstlich hergestellt werden, sondern in Spuren auch auf natürlichem Weg entstehen und auch auf der frühen Erde vorhanden waren – man fand sie in signifikanten Mengen auch auf dem Mars. Es stellte sich heraus, dass einige Bakterien diese Stoffe auch in ihrem Stoffwechsel nutzen. Forscher vermuten sogar, dass die Konzentration dieser Verbindungen in der Umwelt durch mikrobiellen Abbau niedrig gehalten werden. Der letzte Schritt dieser Reaktion, bei dem giftiges Chlorit mit Hilfe eines Enzyms zu Chlorid abgebaut wird, ist eine der wenigen Reaktionen, bei denen molekularer Sauerstoff frei wird.

Archaeoglobus allerdings hat dieses Enzym nicht, sondern nur jenes, das die Veratmung der Chlorverbindungen selbst ermöglicht. Das entstehende Chlorit fängt er mit Hilfe von Sulfid oder Schwefelwasserstoff ab – die naheliegende Vorstufe in der Entstehung des komplexen Stoffwechselweges der Bakterien. Deswegen, und weil die Mikrobe in mutmaßlich urtümlichen Lebensräumen existiert, spekulieren Liebensteiner und Kollegen, dass Archaeen schon sehr früh lernten, Perchlorat und Chlorat zu verwerten. Bakterien fügten später das Chlorit entgiftende Enzym hinzu. Das, so die Forscher, könnte schon vor der Entwicklung der Fotosynthese geschehen sein, so dass das Leben auf der Erde früher als vermutet lernen konnte, mit dem aggressiven molekularen Sauerstoff umzugehen – eine Entwicklung, die womöglich die Fotosynthese erst möglich gemacht hat.

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