Direkt zum Inhalt

Marine Mikrobiologie: Minimalist setzt auf Symbiose

Probenahme

Genomanalysen von Meeresplankton sind eine heikle Angelegenheit: Viele Arten lassen sich nicht im Labor kultivieren, so dass nur der Weg bleibt, das Material direkt aus der Wasserprobe auszuwerten. Die übliche Probenvorbereitung zerstört allerdings eventuell vorhandene zarte Bande zwischen den Wasserbewohnern, weshalb Gemeinschaften, die aus mehreren Zellen unterschiedlicher Arten bestehen, selten entdeckt werden.

Jonathan Zehr von der University of California in Santa Cruz und seine Kollegen wählten für ihre Proben daher den sanfteren Weg, die Proben nicht zu filtrieren, sondern direkt zu sortieren – und wurden fündig: Von ihnen entdeckte Cyanobakterien, bekannt als "uncultured nitrogen-fixing cyanobacterium" (UCYN-A), sitzen offenbar huckepack auf einzelligen Algen aus der Abteilung der Prymnesiophyta, mit denen sie Stickstoff gegen Kohlenstoff tauschen.

Symbiosepartner | Unter dem Mikroskop hingen die Zellen des Cynaobakteriums UCYN-A (klein, weiß umrandet) eng an ihren Partnern (groß, weiß umrandet). Experimente zeigen, dass die beiden Beteiligten Stickstoff gegen Kohlenstoff tauschen.

Das erklärt, warum sich UCYN-A ein extrem kleines Genom leisten und auf das Fotosystem II, das für die CO2-Fixierung essenzielle Enzym Rubisco und den Zitratzyklus verzichten kann: Den nötigen Kohlenstoff bezieht er von seinem Symbiosepartner. Doch die Alge erhält einen Ausgleich: UCYN-A ist in der Lage, im Wasser gelösten elementaren Stickstoff zu fixieren, den es an seinen Partner weitergibt. Das wiesen die Forscher in Laborexperimenten nach, indem sie das Meerwasser mit C-13- und N-15-Isotopen anreicherten und analysierten, wie viel davon in welchen Organismen wieder auftauchte.

Schon bei der Erstbeschreibung hatten die Forscher spekuliert, ob es sich bei UCYN-A um einen Symbionten handelt, der sich womöglich sogar in einem anderen Organismus eingemietet hat – über diesen Weg entstanden einst schließlich Zellorganellen wie Mitochondrien und Chloroplasten. Mikroskopische Untersuchungen deuten jedoch eher auf eine äußerliche Verbindung hin. Welche Rolle dabei die von den Algen produzierten Kalkplättchen spielen, ist noch ungeklärt: Sie lösen sich leicht. Die Mehrzeit der noch anhaftenden Cynaobakterien saßen allerdings an einem Pol der Wirtszellen, wo es eine kleine Mulde zu geben scheint.

Ebenfalls noch unklar ist, welchen Beitrag diese Gemeinschaft zu den globalen Nährstoffkreisläufen leistet. Im Kohlenstoffkreisläuf gebe es sicher gewichtigere Mitspieler, so Zehr, doch für den Stickstoffkreislauf könnte UCYN-A durchaus bedeutsam sein.

Schreiben Sie uns!

Beitrag schreiben

Wir freuen uns über Ihre Beiträge zu unseren Artikeln und wünschen Ihnen viel Spaß beim Gedankenaustausch auf unseren Seiten! Bitte beachten Sie dabei unsere Kommentarrichtlinien.

Tragen Sie bitte nur Relevantes zum Thema des jeweiligen Artikels vor, und wahren Sie einen respektvollen Umgangston. Die Redaktion behält sich vor, Zuschriften nicht zu veröffentlichen und Ihre Kommentare redaktionell zu bearbeiten. Die Zuschriften können daher leider nicht immer sofort veröffentlicht werden. Bitte geben Sie einen Namen an und Ihren Zuschriften stets eine aussagekräftige Überschrift, damit bei Onlinediskussionen andere Teilnehmende sich leichter auf Ihre Beiträge beziehen können. Ausgewählte Zuschriften können ohne separate Rücksprache auch in unseren gedruckten und digitalen Magazinen veröffentlicht werden. Vielen Dank!

  • Quellen
Science 337, S. 1546–1550, 2012

Partnerinhalte

Bitte erlauben Sie Javascript, um die volle Funktionalität von Spektrum.de zu erhalten.