Riesenbakterium

Der Brontosaurus der Bakterien

Von Ulf von Rauchhaupt
23.06.2022
, 20:09
Fünftausend mal größer als normale Bazillen: Zwei Zellen des Schwefelbakteriums Thiomargarita magnifica
In den Mangroven Guadeloupes wurde ein Bakterium entdeckt, das man mit bloßem Auge sehen kann. Aber auch das Innenleben ist höchst ungewöhnlich.
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Allein die stattliche Statur macht Thiomargarita magnifica zu etwas ganz Besonderem: gut einen Zentimeter lang ist der Organismus und mit bloßem Auge sichtbar. Bemerkenswert erscheint das sicherlich schon deswegen, weil die Lebensform, die Forscher um den französischen Biologen Jean-Marie Volland von der University of California in Berkeley in den Mangrovensümpfen von Guadeloupe entdeckt haben, ein Einzeller ist. Und es ist bemerkenswert, allerdings auch nichts völlig Ungewöhnliches. Es gibt mehrere marine Einzeller, die alles andere als Mikroben im Sinne mikroskopisch kleinen Lebens sind, etwa die Blasenalge Valonia ventricosa, im Englischen auch „sailor's eyeball“ genannt, deren Zellen Durchmesser von bis zu vier Zentimetern erreichen.

Aber Thiomargarita magnifica ist keine Alge oder sonst kein in einem zellbiologischen Sinn höheres Lebewesen, sondern ein Bakterium. Die allergrößte bisher bekannte Bakterienart, das Schwefelbakterium Thiomargarita namibiensis, wird im Schnitt 180 Mikrometer lang, vereinzelte Exemplare bringen es auf stolze 750 Mikrometer oder 0,75 Millimeter, wozu man dann als Normalsichtiger noch mindestens eine Lupe braucht. Wie der Name nahelegt, ist T. magnifica mit diesem nun entthronten Rekordhalter verwandt, aber wird 50 Mal so groß wie dieser und damit größer als manche Tiere, Fadenwürmer oder Fruchtfliegen zum Beispiel. Die allermeisten Bakterien dagegen erreichen nicht mehr als ein paar Mikrometer. Diese überragt T. magnifica um das Fünftausendfache. „Das ist, als begegnete einem Menschen ein anderer Mensch mit der Körpergröße des Mount Everest“, sagt Jean-Marie Volland.

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Eine Seele aus Nitrat

Entdeckt wurde T. magnifica als ungewöhnliche Ansammlung langer weißer Filamente auf der Oberfläche vermodernder Blätter im Mangrovensumpf der zu Frankreich gehörenden Karibikinsel. Wie Volland und Mitautoren nun in Science berichten, lebt die makroskopische Mikrobe, in dem sie Nitrat „atmet“ und dabei Schwefel oxidiert. Der Name Thiomargarita bedeutet wörtlich „Schwefelperle“ und rührt von den Schwefelgranulen, welche die Angehörigen dieser Gattung in ihrem Cytoplasma tragen.

3D Wiedergabe der segmentierten Zellen des Bakteriums Thiomargarita magnifica aus einer Tomographi mit harten Röntgenstrahlen. Bei den verschieden langen Zellen handelt es sich vermutlich um Exemplare unterschiedlicher Entwicklungstadien.
3D Wiedergabe der segmentierten Zellen des Bakteriums Thiomargarita magnifica aus einer Tomographi mit harten Röntgenstrahlen. Bei den verschieden langen Zellen handelt es sich vermutlich um Exemplare unterschiedlicher Entwicklungstadien. Bild: Science

Das Nitrat speichert die Riesenbazille in einer gigantischen Blase oder Vakuole, die fast ihre gesamte Zelle einnimmt und unter der Zellmembran nur zwei bis drei Mikrometer Platz für die Schwefelkörnchen und andere Organellen lässt. So löst T. magnifica das Problem aller Rieseneinzeller: wie man die den Stoffwechsel besorgenden Moleküle schnell genug durch die gewaltigen Abmessungen der Zelle transportiert, wenn bloße Diffusion die Biomoleküle nur mit typischen Geschwindigkeiten von einem Millimeter pro Stunde vom Fleck kommen lässt.

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Ein anderer Trick großer Einzeller ist, das Genmaterial mit den Instruktionen zur Synthese wichtiger Biomoleküle überall in der Zelle zu verteilen. Eine T. magnifica-Zelle enthält schätzungsweise 40.000 Kopien ihrer Erbinformation und treibt das Prinzip des dezentralen Genoms insofern auf die Spitze, als sie jeden dieser DNA-Sätze einzeln in eigene Vesikel, sogenannte Pepine, verpackt. Petra Anne Levin von der Washington University in St. Louis schreibt in ihrem die Veröffentlichung in „Science“ begleitenden Kommentar, Daten deuteten darauf hin, dass diese Pepine die wichtigsten Orte für die Proteinsynthese sind. „Zusammen damit legt die Struktur der Pepine nahe, dass sie fast wie autonome Organismen innerhalb der Zelle als ganzer funktionieren.“

Das Faszinosum, aber auch das Rätsel von Thiomargarita magnifica ist jedoch ihre schiere, unerwartete Größe. Diese wirft ähnliche Fragen auf, wie sie sich die Paläontologen auch angesichts der enormen pflanzenfressenden Sauropoden der Jura- und Kreidezeit stellen: Warum – durch welche evolutionären Prozesse – konnten oder mussten diese Bakterien so groß werden? Und: Ist mit ihnen die Obergrenze dessen, was aus Bakterienzellen hinsichtlich ihrer Abmessungen und der damit verbundenen Stoffwechselfragen werden kann, schon erreicht?

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Quelle: FAZ.NET
Autorenporträt / Rauchhaupt, Ulf von (UvR)
Ulf von Rauchhaupt
Redakteur im Ressort „Wissenschaft“ der Frankfurter Allgemeinen Sonntagszeitung.
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