Sym­bi­on­ten ohne Gren­zen: Bak­te­ri­el­le Un­ter­mie­ter be­rei­sen die Welt

Die Fa­mi­lie der Mond­mu­scheln (Lu­ci­ni­dae) um­fasst etwa 500 le­ben­de Ar­ten. Fos­si­li­en zei­gen, dass die­se Mu­scheln min­des­tens 400 Mil­lio­nen Jah­re alt sind. Sie le­ben in vie­len ver­schie­de­nen Le­bens­räu­men, von ma­le­ri­schen Strän­den bis hin­ab in die Tief­see, fern des Son­nen­lichts. Dass sie an so un­ter­schied­li­chen Or­ten le­ben kön­nen, liegt an ih­ren win­zi­gen “Kom­pli­zen”: schwe­fel­oxi­die­ren­de sym­bio­ti­sche Bak­te­ri­en, die den ty­pisch nach fau­len Ei­ern stin­ken­den Schwe­fel­was­ser­stoff als En­er­gie­quel­le für die Pri­mär­pro­duk­ti­on nut­zen. Sie ma­chen das ähn­lich der Pho­to­syn­the­se, sind aber un­ab­hän­gig vom Son­nen­licht und er­zeu­gen so ge­nug Zu­cker, um so­wohl sich selbst als auch die Mond­mu­scheln zu er­näh­ren.

Partner finden, aus nah und fern

Es ist eine Fra­ge von Le­ben und Tod für die Mond­mu­scheln: Die Su­che nach ei­nem ge­eig­ne­ten Part­ner in ih­rem Le­bens­raum. Sie müs­sen ihre bak­te­ri­el­len Un­ter­mie­ter schon in ei­nem sehr frü­hen Le­bens­sta­di­um auf­neh­men, wenn sie sich nach ih­rem Lar­ven­sta­di­um im Mee­res­bo­den nie­der­las­sen. Ab dann sind sie zur Er­näh­rung auf die bak­te­ri­el­len Sym­bi­on­ten an­ge­wie­sen. Das Pro­blem: Bak­te­ri­en sind win­zig und die Ozea­ne sind voll mit Un­men­gen mög­li­cher Kan­di­da­ten. Man wür­de er­war­ten, dass Tie­re, die so stark dar­auf an­ge­wie­sen sind, sich ihre Part­ner un­ter den “ein­hei­mi­schen” Bak­te­ri­en su­chen. Denn die­se Mi­kro­ben funk­tio­nie­ren ver­mut­lich am bes­ten un­ter den je­wei­li­gen Be­din­gun­gen vor Ort. Eine neue Stu­die, die mit me­ta­ge­no­mi­schen Ana­ly­sen die sym­bio­ti­schen Bak­te­ri­en in Mond­mu­scheln un­ter die Lupe nimmt, zeigt nun, dass dies nicht im­mer der Fall ist: Ei­ni­ge bak­te­ri­el­le Sym­bi­on­ten rei­sen um die Welt und sind wah­re Kos­mo­po­li­ten.

Teamwork in der Forschung auf der Suche nach Teamwork in der Natur

Um die enge Zu­sam­men­ar­beit zwi­schen Bak­te­ri­en und Mond­mu­scheln zu er­for­schen, be­durf­te es auch ei­ner en­gen und welt­wei­ten Zu­sam­men­ar­beit zahl­rei­cher For­schen­der. “Un­se­re Kol­le­gin­nen und Kol­le­gen (und jetzt Freun­din­nen und Freun­de) auf der gan­zen Welt ha­ben uns Zu­gang zu ei­ner noch nie un­ter­such­ten Viel­falt an Mond­mu­scheln ver­schafft, so­wohl di­rekt aus der Na­tur als auch aus Mu­se­en”, sagt Be­ne­dict Yuen von der Uni­ver­si­tät Wien, Mit­au­tor der Ver­öf­fent­li­chung. “Durch John Tay­lor er­hiel­ten wir Zu­gang zu ei­ner gro­ßen Viel­falt an Pro­ben im Na­tu­ral His­to­ry Mu­se­um in Lon­don. Wei­te­re Pro­ben wur­den auch per­sön­lich von un­se­rem Team und un­se­ren Mit­ar­bei­ten­den Mat­t­hieu Le­r­ay in Pa­na­ma, Yo­lan­da Ca­ma­cho in Cos­ta Rica, Oli­vier Gros in Gua­de­lou­pe und Jan A. van Gils in Mau­re­ta­ni­en ge­sam­melt.”

Außerdem entdeckt: Zwei neue Arten in trauter Zweisamkeit

Dar­über hin­aus führ­te die um­fang­rei­che Da­ten­samm­lung von Wil­kins, Os­va­tic und ih­rem Team zur Ent­de­ckung und Be­schrei­bung von zwei neu­en Mond­mu­schel-Sym­bi­on­ten. Be­nannt wur­den die bei­den nach Mi­ri­am We­ber und Chris­ti­an Lott, bei­de ehe­ma­li­ge For­schen­den des Max-Planck-In­sti­tuts für Ma­ri­ne Mi­kro­bio­lo­gie. Die­se Sym­bi­on­ten – jetzt be­kannt als Thiodioazotropha weberae und lotti – stam­men aus der Mu­schel­art Loripes orbiculatus auf der ita­lie­ni­schen In­sel Elba, wo sie ein­träch­tig in den Kie­men des­sel­ben Wirts ko­exis­tie­ren. “Be­vor ge­no­mi­sche Ana­ly­sen ein­ge­setzt wur­den, nahm man an, dass jede Mu­schel nur eine Art von Sym­bi­on­ten be­her­bergt”, er­klärt Wil­kins. “Vie­le Mu­scheln auf Elba be­hei­ma­ten je­doch zwei Sym­bi­on­ten­ar­ten. Mi­ri­am und Chris­ti­an ent­deck­ten die­se Mu­schel­po­pu­la­ti­on in der Bucht von Fe­to­vaia und sie ha­ben uns er­mög­licht, ei­nen sehr aus­sa­ge­kräf­ti­gen Da­ten­satz zu die­ser Sym­bio­se zu er­stel­len.”

Als nächs­tes wol­len die Wis­sen­schaft­le­rin­nen und Wis­sen­schaft­ler her­aus­fin­den, wie die Sym­bi­on­ten rei­sen. “Sie ver­las­sen ihre si­che­re Mu­schel­hei­mat, um den Glo­bus zu über­que­ren”, sagt Mit­au­to­rin Jil­li­an Pe­ter­sen von der Uni­ver­si­tät Wien. “So­wohl nütz­li­che Sym­bi­on­ten wie Candidatus T. tay­lo­ri als auch Krank­heits­er­re­ger kön­nen sich in der Um­welt aus­brei­ten, aber wir wis­sen nor­ma­ler­wei­se nicht, wie.”

Jay T. Osvatic†, Laetitia G. E. Wilkins†, Lukas Leibrecht, Matthieu Leray, Sarah Zauner, Julia Polzin, Yolanda Camacho, Olivier Gros, Jan A. van Gils, Jonathan A. Eisen, Jillian M. Petersen*, and Benedict Yuen* (2021): Global biogeography of chemosynthetic symbionts reveals both localized and globally-distributed symbiont groups. PNAS (July 12, 2021)

† ge­teil­te Er­st­au­to­ren­schaft

* ge­teil­te Letzt­au­to­ren­schaft

DOI: 10.1073/pnas.2104378118

Max-Planck-In­sti­tut für Ma­ri­ne Mi­kro­bio­lo­gie, Deutsch­land

Uni­ver­si­tät Wien, Öster­reich

Uni­ver­si­ty of Ca­li­for­nia, Da­vis, USA

Smith­so­ni­an Tro­pi­cal Re­se­arch In­sti­tu­te, Re­pu­blik Pa­namá

Uni­ver­si­dad de Cos­ta Rica, Cos­ta Rica

Uni­ver­sité des An­til­les, Gua­de­lou­pe 

Roy­al Nether­lands In­sti­tu­te for Sea Re­se­arch, Nie­der­lan­de