Riesenbakterium Thiomargarita entdeckt (1999)

15. April 1999

Das größte Bakterium der Welt
Forscherin entdeckt vor der Küste Afrikas neue Lebensformen

Mit dem bloßen Auge sind sie schon zu sehen, so groß sind die größten prokaryontischen Bakterien mit dem wissenschaftlichen NamenThiomargarita namibiensis. Die Bremer Wissenschaftlerin Heide Schulz vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen entdeckte diese bis zu 3/4 mm großen Mikroorgansismen wŠhrend einer Fahrt mit dem russischen Forschungsschiff "Petr Kottsov" im Sediment vor der Küste Namibias. Die Bakterien ernähren sich von Sulfid aus dem Meeresboden und speichern Nitrat aus dem Seewasser in einer "anaeroben Lunge".


Es ist schon seltsam, daß diese riesigen Bakterien bisher von anderen Wissenschaftlern übersehen worden sind. Während einer Expedition vor der Küste Namibias staunte die Bremer Wissenschaftlerin Heide Schulz nicht schlecht, als sie ihre Sedimentproben genauer anschaute. Die kugelförmigen Zellen von Thiomargarita namibiensis sind 0.1 bis 0.3 Millimeter im Durchmesser, aber manche werden bis zu 0.75 mm groß. Sie leben in großer Zahl im küstennahen Sediment vor Walvis Bay (Namibia). Fällt Licht auf die Bakterien leuchten sie weiß auf: die in ihrem Inneren gespeicherten Schwefelkügelchen reflektieren das einfallende Licht. In einer gemeinsamen Schleimhülle aneinandergereiht, sehen sie aus wie eine dünne Perlenkette, was die Forscher vom Bremer Max-Planck-Institut für Mikrobiologie dazu inspiriert hat, diese Bakterien "Schwefelperle von Namibia" bzw. "Thiomargarita namibiensis" zu nennen. Im sauerstoffarmen aber nährstoffreichen Sediment hat Thiomargarita namibiensis ihre ökologische Nische, und kann sich in dieser für viele Tierarten wegen des Schwefelwasserstoffs giftigen Umgebung behaupten.
Zusammen mit dem Direktor des Instituts, Professor Bo Barker Jørgensen, gelang es der Biologin Schulz nun zu zeigen, wie sich Zellen ihrer Umgebung angepaßt haben. Unter dem Mikroskop entdeckten sie, daß fast das ganze Zellinnere als riesiger Behälter, als eine Vakuole, dient. Dieser Behälter umfaßt ca. 98% des gesamten Zellinhalts. Darin speichert die Zelle Nitrat, das der Bakterie zur Oxidation von Sulfid dient. Die Nitratkonzentrationen in der Zelle können bis zu 10.000 fach höher sein als im umgebenden Meerwasser.

Die Küste Namibias und die Westküste Südamerikas unterliegen ähnlichen hydrographischen Bedingungen, die zu großen Mengen an Nährstoffen an der Meeresoberfläche führen. Beide Küsten gehören zu den Gebieten mit den höchsten Produktivitäten an Phytoplankton (Mikroalgen) und mit den reichsten Fischvorkommen. Ein großer Anteil der dort vorkommenden Mikroalgen sinken auf den Meeresboden; dort bauen Bakterien die toten Algen ab. Im Sediment nutzen sogenannte anaerobe Bakterien Sulfat, um dieses organische Material durch Oxidation zu zersetzen. Dabei entstehen große Mengen an Sulfid. Dieses Sulfid wiederum kann für andere Bakterien eine Quelle an Energie darstellen, wenn diese das Sulfid mithilfe von Nitrat unter Sauerstoffabschluß oxidieren. Dazu ist ein besonderer Trick
notwendig, denn beide chemischen Verbindungen müssen zusammengebracht werden; das Sulfid entsteht im Sediment, während Nitrat im darüberliegenden Meerwasser vorkommt.

In früheren Studien am Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie gelang es den Forschern, diesen Trick bei einer vor der pazifischen Küste Südamerikas sehr häufig vorkommenden und dichten Population von schwefelspeichernden Bakterien nachzuweisen. Die Zellen dieser fadenförmigen Bakterie Thioploca sind ca. zehnmal kleiner im Durchmesser als die der neuentdeckten Thiomargarita. Diese leben in senkrecht angeordneten Hüllen im Sediment und pendeln zwischen der Oberfläche des Sediments, wo sie aus dem Wasser das Nitrat zur Atmung aufnehmen und den tieferen Schichten des Sediments, wo sie ihre Energiequelle, das Sulfid, finden. Dieses Sulfid wird in Form von Schwefel gelagert.
Thiomargararita ist ein naher Verwandter dieser Bakterien, aber im Gegensatz zu ihm kann und braucht Thiomargararita nicht hin- und her zu pendeln. Mit dem großen Vorrat an Nitrat in der Vakuole und dem Schwefel, der in der Peripherie gespeichert wird, kann Thiomargararita mindestens drei Monate ohne Nahrungsangebot auskommen. In den instabilen, losen Sedimenten vor der Küste Namibias kann Thiomargararita so im sulfidreichen Sediment die Zeit abwarten, bis ein vorbeiziehender Sturm nitratreiches Meerwasser in ihre Umgebung bringt. Als Anpassung an diese Lebensumstände ist Thiomargararita sehr widerstandsfähig und verträgt hohe Konzentrationen an Sauerstoff und Sulfid, die für Thioploca tödlich wären. Thiomargararita ist kein seltener und exotischer Mikroorganismus. Die Biomasse dieser Bakterien liegt bei 47 g pro Quadratmeter, damit spielt Thiomargararita eine entscheidende Rolle in der Oxidation der giftigen Sulfide in den Sedimenten Namibias. Durch Kopplung der Oxidation von Sulfid mit der Reduktion von Nitrat nutzen diese Bakterien eine Energiequelle, die den meisten Bakterien in der Abwesenheit von Sauerstoff verschlossen bleibt. Ihr spezieller Trick, den "Atem" anzuhalten und abzuwarten, bis Nährstoffe vorhanden sind, ist eine einzigartige Anpassung.


Für weitere Nachfragen stehen Ihnen folgende Personen gerne zur Verfügung:

Prof. Dr. Bo Barker Jørgensen
Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie
Celsiusstr. 1
D-28359 Bremen
Tel.: 0421- 2028-602
Fax: 0421- 2028-580
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Frau Dipl.-Biol. Heide Schulz
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Dr. Manfred Schlösser, Pressebeauftragter
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