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Mikrobiom: Darmbakterien schützen Kaulquappen vor Hitze und Kälte

Die Bakterien im Darm sind für viele Dinge im Leben wichtig. Bei Kaulquappen übernehmen sie eine bisher ungeahnte Funktion: Sie helfen gegen Frieren und Überhitzen.
Kaulquappen von Wasserfröschen

Das Mikrobiom von Mensch und Tier – jene Millionen Bakterien, die in und am Körper siedeln – sind unverzichtbar und nehmen eine Vielzahl unterschiedlicher Aufgaben war. Sie schärfen etwa das Immunsystem, sorgen dafür, dass sonst ungenießbare Nahrung verdaut werden kann, beeinflussen die Leistungsfähigkeit oder verändern subtil die Psyche. Bei Fröschen und ihren Kaulquappen übernimmt das Mikrobiom eine andere, unerwartete Rolle: Die Mikroben arbeiten aktiv daran mit, wie die wechselwarmen Tiere Hitze und Kälte überstehen. Das berichtet ein Team von Forschenden im Fachblatt »Nature Ecology and Evolution«.

Die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen hatten in einem Experiment herausfinden wollen, welche Bedeutung das Mikrobiom für den Nachwuchs von Fröschen hat. Dazu züchteten sie sterile Kaulquappen des amerikanischen Grünfroschs Lithobates clamitans, die ausschließlich in keimfreiem Wasser schlüpften und wuchsen, so dass die natürliche Besiedlung des Darms mit den üblichen Mikroorganismen unterblieb. Anschließend beobachteten sie, wie veränderte Umweltbedingungen sich auf die kleinen Frösche auswirkten.

Auffällig waren die Reaktionen auf eine ungewohnt kalte oder warme Umgebung: Die keimfrei aufgezogenen Kaulquappen tolerierten weder Hitze noch Kälte so gut wie Artgenossen mit gesundem Mikrobiom. So war es fünfmal wahrscheinlicher, dass Kaulquappen ohne Mikroben die Hitze eines auf knapp 30 Grad aufgeheizten Beckens nicht überlebten. Auch mit kühlem Wasser von knapp 14 Grad Celsius kamen die Tiere mit gesundem Mikrobiom auf Dauer besser zurecht.

Es sei noch unklar, ob sich aus dem Experiment Rückschlüsse auf die Kaulquappen in der Natur ziehen lassen, sagt die Leiterin der Studie, Samantha Fontaine von der University of Pittsburgh. Jedenfalls wuchsen die Kaulquappen ohne Mikrobiom schneller; dies sei aber nicht die Ursache für die veränderte Kälte- und Hitzetoleranz. Die Genaktivität der Tiere ohne Darmbakterien ist deutlich verändert: Besonders wichtige Enzyme in den Mitochondrien der steril aufgezogenen Tiere arbeiten mit reduzierter Leistung, sie konnten daher Proteine in der Nahrung nicht so gut abbauen und schwammen auch weniger aktiv.

Von Mäusen wusste man bereits, dass das Mikrobiom die Leistung der Mitochondrien beeinflusst – ein Ausfall macht deutlich, welche Prozesse bei den Mäusen unter Stress besonders anfällig sind. Bei den Fröschen ist das die Toleranz gegenüber schwankenden Temperaturen. Für Kaulquappen sei ein gesundes, regulierendes Mikrobiom gerade in Zeiten des Klimawandels, in denen die Umwelt der Frösche allmählich wärmer wird, überlebenswichtig, sagen die Autoren der Studie.

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