Symbiosen mit Partnertausch

In Wurm-Bakterien-Symbiosen bleiben manche Mikroben ihrem Wirt treu, andere ihrem Standort

Wenn der Lieblingswirt die Stadt wechselt – ziehen Sie mit um, oder suchen Sie sich ein neues Stammlokal? Im Falle von in Symbiose mit Meereswürmern lebenden Bakterien hängt das ganz davon ab, ob sie bei ihrem Wirt lieber vor dem Lokal oder in dem Lokal sitzen. Wissenschaftlich gesprochen: Auf der Körperoberfläche lebende Bakterien sind wirtstreu, die im Körperinneren ihrer Wirte lebenden Bakterien eher standorttreu, wie Forscher des Max-Planck-Instituts für marine Mikrobiologie in Bremen nun zeigten.

Nematoden und Anneliden. Das sind Fadenwürmer und Ringelwürmer. Sind doch alles Würmer, könnte man meinen. „Tatsächlich sind diese beiden Stämme in etwa so verschieden wie Mensch und Schildkröte“, sagt Judith Zimmermann vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie in Bremen. „Trotzdem beherbergen sie eng verwandte bakterielle Symbionten.“

Die Untermieter der beiden Wurm-Tierstämme gehören alle zu einer Gruppe sehr eng verwandter Bakterien, die Candidatus Thiosymbion heißen. Diese Bakterien versorgen ihre Wirte mit Nahrung. Auf den zu den Fadenwürmern gehörigen Stilbonematinae leben sie auf der Körperoberfläche. „Sie umhüllen den Wurm wie ein Schlafsack, der nur den Kopf und die Schwanzspitze unbedeckt lässt“, so Zimmermann. Bei den zu den Ringelwürmern gehörigen darmlosen Wenigborstern (Oligochaeten) hingegen leben die Bakterien im Körperinnern unter der Haut und versorgen ihre Wirte so gut mit Nahrung, dass diese sogar ihren Mund und Darm verloren haben.

„Wir haben herausgefunden, dass Bakterien dieser Gruppe scheinbar mehrfach im Laufe der Evolution zwischen Faden- und Ringelwürmern und somit auch ihre Lebensweise zwischen Ekto- und Endosymbiose gewechselt haben, so Zimmermann. „Eine solche Flexibilität ist wirklich erstaunlich, da symbiontischen Bakterien normalerweise nur an eine Lebensweise und nur eine Wirtsgruppe angepasst sind“, erklärt Cecilia Wentrup, die ebenfalls an der Studie beteiligt war. „Nur durch die große Menge an neuen Daten konnten wir die eng verwobene Evolution zwischen den Symbionten dieser Meereswürmer rekonstruieren.“

Oberflächlich und treu oder innig und sprunghaft

Trotz der großen Flexibilität sind die Symbionten ihren Wirten aber in einigen Belangen sehr treu. Auch hier erlebten Zimmermann und ihre Kollegen eine Überraschung. Denn wider Erwarten scheinen die oberflächlichen Mitbewohner ihren Wirten langfristig treuer zu sein als die verinnerlichten Untermieter. „Langfristig bedeutet hier über Millionen Jahre hinweg“, erläutert Zimmermann. „Die Beziehung zwischen Wirt und Symbiont ist bei den Fadenwürmern und ihren Bakterien sehr stabil. Sie scheinen sich im Laufe der Evolution miteinander entwickelt zu haben, ohne den Partner zu wechseln.“ Nah verwandte Wirte besitzen im Falle der Fadenwürmer also auch nah verwandte Symbionten. Diese Wirtstreue fanden die Bremer Forscher bei Fadenwürmern und deren Symbionten auf der ganzen Welt - von Sylt bis in die Karibik, vom Mittelmeer bis Australien.

Die Ringelwürmer bieten ein anderes Bild. „Bei den Ringelwürmern und ihren Symbionten geht es weniger geordnet zu“, erklärt Wentrup. Hier entscheidet nicht nur die Art des Wirts darüber, welche Bakterien sich einfinden. Vielmehr scheint der Lebensort auch eine bedeutsame Rolle zu spielen. Oft fanden die Forscher in einer bestimmten Region entfernt verwandte Wirtsarten, die aber ganz nah verwandte Bakterien beherbergen. Nah verwandte Ringelwürmer wiederum hatten oft unterschiedliche Untermieter, wenn die Proben aus verschiedenen geographischen Regionen stammten. „Eng verwandte Ringelwürmer, die in Australien und der Karibik leben, haben also nicht unbedingt eng verwandte Symbionten“, so Wentrup. „Das spricht dafür, dass die Ringelwürmer ihre symbiontischen Untermieter immer wieder mal gegen andere lokale Bakterien ausgetauscht haben.“

Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, wie wandelbar und voller Überraschungen die Lebensgemeinschaften des Meeres sind. „Nun wollen wir herausfinden, welche Faktoren für die unterschiedliche Stabilität und Lebensweise der Symbionten verantwortlich sind“, sagt Nicole Dubilier, Direktorin am Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie. Wovon hängt es ab, ob die Bakterien von Candidatus Thiosymbion oberflächlich auf der Haut der Würmer haften bleiben oder unter der Haut der verankert sind? Wie erkennen sich die Wirte und ihre Bakterien? Und ist es wahrscheinlicher das ein Ektosymbiont zu einem Endosymbionten wird oder umgekehrt? Das wollen die Forscher am Max-Planck-Institut in weiteren Studien herausfinden. 

FH/HR