Trichodesmium: Ozeandüngende Bakterien arbeiten zusammen, um sich an die Lichtverhältnisse anzupassen

Eine der am häufigsten vorkommenden und wichtigsten Arten von photosynthetischen Bakterien in den Ozeanen verdankt ihren Erfolg möglicherweise der Teamarbeit.

Das Bakterium, genannt Trichodesmiumkönnen sich als Reaktion auf sich ändernde Umweltbedingungen aktiv zu großen Aggregaten zusammenschließen oder sich trennen, Ulrike Pfreundt an der ETH Zürich in der Schweiz und ihre Kollegen haben es herausgefunden.

„Dieses Verhalten ist möglicherweise der Schlüssel zum Grund dafür Trichodesmium ist so zahlreich und so erfolgreich“, sagt Pfreundt.

Trichodesmium ist eine Gruppe mehrerer Arten von Cyanobakterien. Seine Mitglieder werden manchmal Seesägemehl genannt, da sie oft rotbraune Blüten bilden, die dem Roten Meer möglicherweise seinen Namen gegeben haben.

Diese Bakterien liefern nicht nur Nahrung für andere Organismen, sie wandeln auch Stickstoff aus der Atmosphäre in Chemikalien um, die andere photosynthetische Organismen nutzen können. Sie düngen weite Teile des Ozeans, die sonst zu nährstoffarm wären, als dass irgendetwas wachsen könnte, sagt Pfreundt.

„Es ist im Wesentlichen der lebende Dünger für die Ozeane“, sagt sie. „Sie liefern einen sehr großen Teil des im Ozean gebundenen Stickstoffs, und viele andere Organismen, die CO2 binden, sind auf diesen Stickstoff angewiesen.“

Trichodesmium wächst in haarähnlichen Filamenten mit einer Länge von bis zu mehreren hundert Zellen. Die Filamente können einzeln umherschwimmen, kommen aber auch oft in Kolonien oder Aggregaten vor, die jeweils bis zu mehrere hundert Filamente enthalten.

Diese Aggregate können einen Durchmesser von 1 bis 2 Millimetern haben und sind daher mit bloßem Auge sichtbar. Bei einigen Aggregaten, sogenannten Puffs, verlaufen die Filamente strahlenförmig von der Mitte aus wie ein Pompon. Bei anderen, sogenannten Büscheln, sind die Filamente parallel wie eine Haarsträhne.

Die Aggregate haben sich als hilfreich erwiesen Trichodesmium das benötigte Eisen aus Staubpartikeln gewinnen. Doch wie sich die Aggregate bilden, sei bislang ein Rätsel, sagt Pfreundt. Eine Idee ist, dass die Filamente einfach zusammenkleben, wenn sie aneinander stoßen, aber das erklärt nicht ihr organisiertes Aussehen. Ein weiterer Grund ist, dass sie auf diese Weise wachsen.

Beim Wachsen Trichodesmium Im Labor, um seine Genome zu untersuchen, bemerkte Pfreundt, dass sich das Aussehen von Aggregaten im Laufe des Tages völlig ändern konnte, was sie vermuten ließ, dass ein aktiver Prozess beteiligt war. Sie und ihre Kollegen haben nun eine Reihe von Experimenten durchgeführt, um dies zu bestätigen und zu zeigen, wie es passiert.

Die Filamente können entlang von Oberflächen gleiten, und wenn zwei Filamente in Kontakt kommen, können sie beginnen, aneinander entlang zu gleiten, wie zwei Züge, die einander als Gleise nutzen. Dauert dieser Prozess auf unbestimmte Zeit an, gleiten die Filamente vollständig voneinander ab, sagt Pfreundt. Wenn die Bakterien also in Aggregaten bleiben wollen, wechseln sie ständig ihre Richtung.

Um die Aggregate enger zu bündeln, erfolgten die Umkehrungen häufiger, wodurch größere Überlappungen der Filamente erhalten blieben, fand sie heraus. Um sie zu lockern, kommt es seltener zu Umkehrungen.

Das Team stellte fest, dass diese Lockerung oder Straffung der Aggregate als Reaktion auf sich ändernde Lichtverhältnisse in nur wenigen Minuten erfolgen kann. Sehr helles Licht kann die Photosynthesemaschinerie beschädigen und dichtere Aggregate verringern die Lichtintensität, der jedes Filament ausgesetzt ist.

Draußen im Meer könnte das helfen Trichodesmium Gehen Sie damit um, dass die Sonne herauskommt oder hinter Wolken verschwindet.

Pfreundt glaubt, dass diese Lockerung oder Straffung den Aggregaten auch dabei hilft, ihren Auftrieb zu kontrollieren und sich je nach Bedarf nach oben oder unten zu bewegen. Trichodesmium Es ist bekannt, dass es tiefer vordringt, um Phosphat zu gewinnen, wenn dieser Nährstoff an der Oberfläche ausgeht.

„Der Umkehrmechanismus von Trichodesmium – was dazu führt, dass sich Aggregate lockern oder zusammenziehen, was sich auf ihre Dichte, ihren Auftrieb und ihre Lichtaufnahme auswirkt – könnte durchaus zum Erfolg der Art beigetragen haben“, sagt er Richard Kirbyein unabhängiger Wissenschaftler und Autor, der Plankton untersucht.

Pfreundt und ihre Kollegen fanden außerdem heraus, dass sich die kugelförmigen Puffs aus verschmelzenden Büscheln bilden können und umgekehrt. Doch viele Fragen bleiben unbeantwortet, etwa wie die Filamente gleiten und woher sie wissen, wann sie umkehren müssen.