Die Eroberung der Extreme

Neues aus der Forschung

Meldung vom 05.04.2018

Wie Mikroorganismen vielzellige Lebewesen bei der Besiedlung lebensfeindlicher Umgebungen unterstützen.
Von heißen und nährstoffarmen Wüsten über abwechselnd trockene und wasserbedeckte Gezeitenzonen bis hin zu höchstem Wasserdruck und permanenter Dunkelheit in der Tiefsee: Das Leben hat im Laufe seiner Entwicklung über Millionen von Jahren auch die extremsten Standorte der Erde erobert.


180507-0502_medium.jpg
 
Seine Mikrobenbesiedlung kann einem Wirtslebewesen dabei helfen, unter extremen Umweltbedingungen zu existieren. Das Verständnis der zugrundeliegenden Prozesse könnte künftig sogar dabei helfen, Lebensspuren auf erdähnlichen Planeten zu finden. Das Foto zeigt den Orionnebel, aufgenommen vom VLT Survey Telescope des European Southern Observatory (ESO)
Corinna Bang, Tal Dagan, Peter Deines, Nicole Dubilier, Wolfgang J. Duschl, Sebastian Fraune, Ute Hentschel, Heribert Hirt, Nils Hülter, Tim Lachnit, Devani Picazo, Lucia Pita, Claudia Pogoreutz, Nils Rädecker, Maged M. Saad, Ruth A. Schmitz, Hinrich Schulenburg, Christian R. Voolstra, Nancy Weiland-Bräuer, Maren Ziegler, Thomas C.G. Bosch
Metaorganisms in extreme environments: do microbes play a role in organismal adaptation?
Zoology Volume 127, April 2018, Pages 1-19
DOI: 10.1016/j.zool.2018.02.004


Dass Termiten von eigentlich unverdaulichem Holz leben, Pflanzen in Wüsten scheinbar ohne Wasser und Nahrung existieren oder Seeanemonen in Gezeitenzonen den ständigen Wechsel einer wasserbedeckten und trockenen Umgebung verkraften können, hängt offenbar auch von der engen Zusammenarbeit mit ihren bakteriellen Symbionten ab. Lebenswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler weltweit erforschen aktuell, in welcher Form das symbiotische Zusammenwirken von Mikroorganismen und Wirten in der funktionalen Einheit eines Metaorganismus die Besiedlung solch extremer Lebensräume unterstützt. Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung des Sonderforschungsbereichs (SFB) 1182 „Entstehen und Funktionieren von Metaorganismen“ an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) hat nun eine Bestandsaufnahme der Mechanismen vorgelegt, mit der die Interaktionen von Wirten und Symbionten das Leben unter extremen Umweltbedingungen fördern oder überhaupt erst möglich machen. Die Forschenden beschreiben gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen der saudi-arabischen König-Abdullah-Universität für Wissenschaft und Technologie (KAUST) in der Fachzeitschrift Zoology nun erstmals umfangreich, wie Mikroorganismen das Wachstum und die evolutionäre Fitness verschiedener Lebewesen an extremen Standorten fördern können.

Ein wichtiger Faktor bei der Reaktion auf veränderliche Lebensbedingungen ist die Zeit. Ändert sich die Umwelt an einem Standort sehr schnell, etwa durch drastische Wechsel der physischen und chemischen Bedingungen wie Licht- oder Sauerstoffverfügbarkeit, fällt insbesondere höherentwickelten vielzelligen Lebewesen die Anpassung schwer. Zu langsam ist ihre Fähigkeit zur Veränderung, denn der dafür nötige genetische Wandel vollzieht sich erst im Laufe von mehreren Generationen. „Hier können Mikroorganismen ihren Wirtslebewesen einen Vorteil verschaffen“, betont Professor Thomas Bosch, Zell- und Entwicklungsbiologe an der CAU und Sprecher des SFB 1182. „Bei Bakterien laufen die evolutionären Prozesse beispielsweise viel rascher ab. Die Fähigkeit, deutlich schneller auf Umweltveränderungen zu reagieren, können sie zum Teil auf ihre Wirte übertragen und sie so bei der Anpassung unterstützen“, so Bosch weiter.

Der Mangel an Nahrungsquellen oder die fehlende Möglichkeit, verfügbare Nährstoffe tatsächlich zu nutzen, begrenzen die zur Verfügung stehenden Lebensräume zusätzlich. Die Stoffwechselvorgänge vieler Organismen sind auf ein bestimmtes Optimum der Lebensbedingungen eingestellt und kommen in extremen Bereichen an ihre Grenzen. Auch hier sind es oft die symbiotischen Beziehungen mit Bakterien, die es Pflanzen und Tieren ermöglichen, das Funktionieren des eigenen Stoffwechsels zu erweitern. So können verschiedene Lebewesen zum Beispiel Nährstoffe mit ihren bakteriellen Partnern austauschen und so Nahrungsquellen erschließen, die ihr Stoffwechsel sonst nicht verarbeiten könnte.

Bestimmte symbiotische Bakterien, die das Wurzelwerk von Pflanzen besiedeln, helfen ihnen an trockenen und nährstoffarmen Standorten beispielsweise dabei, Stickstoff und andere Mineralien aufzunehmen. Andere Bakterien unterstützen das Pflanzenwachstum, indem sie ihre Toleranz gegenüber salzhaltigen Böden erhöhen. In Zukunft werden sich Forschende darauf konzentrieren, solche hilfreichen Bakterienkulturen auf ihre Anwendbarkeit bei Nutzpflanzen hin zu untersuchen. Möglicherweise hilft ein besseres Verständnis des pflanzlichen Metaorganismus dabei, künftig auch in bisher nicht nutzbaren Wüsten Ackerbau zu betreiben.

Mikrobielle Symbionten erlauben es verschiedenen Lebewesen zudem, eine ausgeprägte Toleranz gegenüber einer schnell veränderlichen Umwelt zu entwickeln: Ortsfeste Nesseltiere in den Gezeitenzonen verschiedener Meere können sich zum Beispiel rasch an den extremen Wechsel ihrer Lebensbedingungen anpassen, weil sich auch die Zusammensetzung ihrer Bakterienbesiedlung abrupt verändern kann. Dahinter stehen Mechanismen, wie der direkte Austausch genetischer Informationen zwischen verschiedenen Bakterienarten, die das Ausscheiden oder die Aufnahme spezifischer Bakterienarten in den Metaorganismus steuern. „Bei den Seeanemonen wechselt ihre Bakterienbesiedlung in Anpassung an die jeweils herrschenden Standortbedingungen“, unterstreicht Dr. Sebastian Fraune, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Zoologischen Institut der CAU. „Diese flexible Bakterienausstattung können die Tiere möglicherweise speichern und bei einer Veränderung ihres Lebensraums erneut abrufen, um mit den neuen Bedingungen zurechtzukommen“, betont Fraune.

Aus der Erforschung dieser bakteriell gesteuerten Anpassungsfähigkeit an schnell veränderliche Umweltbedingungen lassen sich möglicherweise in Zukunft auch Rückschlüsse auf die Auswirkungen des Klimawandels auf Organismen und Ökosysteme oder gar Anpassungsstrategien ableiten.

Weitere Forschungsarbeiten werden klären, wie Gesundheit und Fitness eines Metaorganismus von der Wandelbarkeit seiner einzelnen Partner abhängt und welche Effekte die Veränderung einzelner Elemente dieses komplexen Gefüges hervorrufen. Die nun vorliegenden Erkenntnisse unterstreichen so, welche fundamentale Rolle die Erforschung der multiorganismischen Beziehungen von Wirten und Mikroorganismen besonders auch für das Verständnis des Lebens in einer veränderlichen und extremen Umwelt spielt.


News der letzten 2 Wochen


Meldung vom 19.01.2019 14:41

Sehen was du fühlst

Gefühle, Motivation und Handlungen entstehen in unserem Gehirn. Eine zentrale Rolle dabei spielt die Kommunik ...

Meldung vom 19.01.2019 14:29

Wenn für Fischlarven die Nacht zum Tag wird

Biologinnen der Universität Siegen haben herausgefunden, dass Zebrafischlarven Infrarotlicht wahrnehmen könn ...

Meldung vom 19.01.2019 14:22

Süßwasserfische der Mittelmeerregion in der Klimakrise

Viele Süßwasserfische Europas sind durch den Klimawandel zukünftig stark bedroht. Dies gilt insbesondere f ...

Meldung vom 19.01.2019 14:12

Auch künstlich erzeugte Zellen können miteinander kommunizieren: Modelle des Lebens

Friedrich Simmel und Aurore Dupin, Forschende an der Technischen Universität München (TUM), ist es erstmals ...

Meldung vom 19.01.2019 14:05

Insekten lernten das Fliegen erst an Land

Analyse genetischer Daten weist auf Bodenoberfläche als Lebensraum ursprünglicher Fluginsekten hin.

Meldung vom 17.01.2019 13:47

Mieser Fraß: Wie Mesozooplankton auf Blaualgenblüten reagiert

Warnemünder MeeresforscherInnen ist es mithilfe der Analyse von stabilen Stickstoff-Isotopen in Aminosäuren ...

Meldung vom 17.01.2019 13:41

Einblicke in das Wachstum einer tropischen Koralle

Kalkbildung in Korallen: Ein doppelter Blick und dreifache Messungen erlauben neue Einblicke in das Wachstum e ...

Meldung vom 17.01.2019 13:31

Plötzlich gealtert

Coralline Rotalgen gibt es seit 130 Millionen Jahren, also seit der Kreidezeit, dem Zeitalter der Dinosaurier. ...

Meldung vom 17.01.2019 13:19

Mehr Platz für Vögel und Schmetterlinge in der Landwirtschaft

Um den schwindenden Bestand von Vögeln und Schmetterlingen im Schweizer Kulturland wieder zu erhöhen, müsse ...

Meldung vom 17.01.2019 13:14

Ernst Haeckel als Erzieher

Biologiedidaktiker der Uni Jena geben Reprint der Dodel-Schrift „Ernst Haeckel als Erzieher“ mit heraus.

Meldung vom 17.01.2019 13:10

Das Ohr aus dem 3-D-Drucker

Aus Holz gewonnene Nanocellulose verfügt über erstaunliche Materialeigenschaften. Empa-Forscher bestücken d ...

Meldung vom 17.01.2019 13:04

Menschliche Darmflora durch Nanopartikel in der Nahrung beeinflussbar

Neue Studie der Universitätsmedizin Mainz über die (patho)biologischen Auswirkungen von Nanopartikeln auf da ...

Meldung vom 10.01.2019 19:47

Erster direkter Nachweis eines Wal jagt Wal - Szenarios in früheren Ozeanen

In einer im open-access Journal PLOS ONE publizierten Studie, liefern Manja Voss, Paläontologin am Museum fü ...

Meldung vom 10.01.2019 19:33

Zahnwechsel sorgt bei Elefanten für Jojo-Effekt

Das Gewicht von Zoo-Elefanten schwankt im Laufe ihres erwachsenen Lebens in einem Zyklus von etwa hundert Mona ...

Meldung vom 10.01.2019 19:24

Intensives Licht macht schläfrig

Insekten und Säugetiere besitzen spezielle Sensoren für unterschiedliche Lichtintensitäten. Diese nehmen ge ...

Meldung vom 10.01.2019 19:11

Alpenwanderung mit Folgen: Forscher verifizieren fast 70 Jahre alte genetische Hypothese

An einer Orchideen-Population in Südtirol belegen Forscher der Universitäten Hohenheim, Zürich und Wien die ...

Meldung vom 08.01.2019 17:54

Clevere Tiere upgraden ihr Genom

Puzzlestein in der Evolution der Tintenfische entschlüsselt - Kopffüßer wie Tintenfisch, Oktopus oder Nauti ...

Meldung vom 08.01.2019 17:45

Gekommen, um zu bleiben: Drachenwels aus Ostasien in der bayerischen Donau

Die bayerische Donau ist inzwischen Heimat für viele Fisch- und andere Tierarten, die ursprünglich nie dort ...

Meldung vom 08.01.2019 17:37

Entwicklung eines grösseren Gehirns

Ein Gen, das nur der Mensch besitzt und das in der Großhirnrinde aktiv ist, kann das Gehirn eines Frettchens ...

Meldung vom 07.01.2019 16:31

Bei Blaumeisen beeinflusst das Alter der Weibchen und die Legefolge die Qualität der Eier

Brütende Blaumeisen-Weibchen stimmen die Zusammensetzung ihrer Eier auf die Bedürfnisse der aus ihnen schlü ...

Meldung vom 07.01.2019 16:03

Phytolith- und Wassergehalt von Futterpflanzen beeinflussen Zahnschmelzabrieb von Wirbeltieren

Verschiedene Futterpflanzen reiben den Zahnschmelz von Wirbeltieren unterschiedlich stark ab, was unter andere ...



26.12.2018:
Baum der Schrecken
24.11.2018:
Wenn das Meer blüht
24.11.2018:
Durchsichtige Fliegen
15.11.2018:
Plastik im Fisch
03.10.2018:
Gestresste Pflanzen

13.08.2018:
Wie Vögel lernen
20.07.2018:
Magie im Reagenzglas

18.06.2018:
Primaten in Gefahr
28.05.2018:
Störche im Aufwind
07.05.2018:
Misteln atmen anders

27.03.2018:
Kenne Deinen Fisch!
01.09.2016:
Elefanten im Sinkflug
13.12.2015:
Leben ohne Altern
22.05.2014:
Lebensraum Käse
22.05.2014:
Domino im Urwald
04.04.2014:
Nationalpark Asinara
13.03.2014:
Trend-Hobby Imker
04.09.2013:
Harmloser Terrorvogel
07.02.2013:
Wie Bienen riechen

Newsletter

Neues aus der Forschung