Uralte Partnerschaft zwischen Wimperntierchen und Bakterien

Symbiotische Ciliaten und Bakterien besitzen jeweils gemeinsamen Vorfahren

Wimperntierchen sind wie Menschen von einer Vielfalt an Bakterien besiedelt. Bei ihren symbiontischen Lebenspartnern haben manche der Wimperntierchen (Ciliaten) schon vor sehr langer Zeit ihre Wahl getroffen – und die scheint sich bewährt zu haben. Das zeigen Untersuchungen von Forschern des Max-Planck-Instituts für marine Mikrobiologie in Bremen, die eine Gruppe dieser Einzeller und deren bakterielle Partner im Mittelmeer und in der Karibik erforscht haben. Die Bakterien liefern dabei die Energie für das Wimperntierchen, in dem sie Schwefel oxidieren.

Wimperntierchen sind eigentlich keine Tiere. Es sind Einzeller mit mehreren Zellkernen, die im Süßwasser, Meer und im Boden leben. Der Name rührt von den Wimpern auf der Zelloberfläche her, mit der diese Einzeller sich fortbewegen und Nahrung zu einer mundähnlichen Öffnung heranführen können. Bekanntestes Beispiel ist das Pantoffeltierchen. Erst unter dem Mikroskop sieht man die Eleganz, mit der diese sich bewegen. Manche dieser Lebewesen werden so groß, dass sie mit dem bloßen Auge als Pünktchen im Wassertropfen sichtbar werden.

In der jetzt veröffentlichten Studie von Brandon Seah aus der Abteilung Symbiose am Bremer Max-Planck-Institut geht es um die Gattung Kentrophoros, die keinen Mund zur Aufnahme von Nahrung besitzt, dafür aber auf symbiontische Bakterien angewiesen ist, so genannte Schwefeloxidierer. Man spricht hier von Mutualismus, das heißt beide Partner sind aufeinander angewiesen.

Inzwischen kennt man eine Reihe von Lebewesen, die diese schwefeloxidierenden Bakterien als Energielieferanten nutzt. Die ersten entdeckte man zufällig in den 1970er Jahren an den Hydrothermalquellen der Tiefsee. Die Tiefseemuscheln Bathymodiolus und der Röhrenwurm Riftia sind zwei Beispiele. Doch bislang war nicht bekannt, wie die Symbiose bei den Wimperntierchen der Gattung Kentrophoros strukturiert ist. Sind die Bakterien mit anderen verwandt oder ist es eine bislang unbekannte Art?

Unterschiedliches Äußeres, ähnliches Erbgut

In der jetzigen Studie verglichen die Forscher Kentrophoros aus dem Mittelmeer und der Karibik. Obwohl ein ganzer Ozean das Mittelmeer von der Karibik trennt, ist es überraschenderweise immer fast das identische Gespann aus Bakterien und Wimperntierchen. Eine Analyse des Erbguts ergab, dass sowohl die Bakterien als auch die Wimperntierchen einen gemeinsamen stammesgeschichtlichen Ursprung haben – und das, obwohl das äußerliche Erscheinungsbild der Zellen in Mittelmeer und Karibik unterschiedlich ist. Die Forscher haben anhand des Aussehens 17 verschiedene, genetisch jedoch ähnliche Kentrophoros-Typen identifiziert.

Die Bakterien gehören stammesgeschichtlich alle zu einer einzigen bislang unbekannten Klade. Folglich gingen der erste Kentrophoros und der Urahn dieser Bakterien vor Millionen Jahren eine gemeinsame Partnerschaft ein, die bis heute anhält. „Die bakteriellen Symbionten wachsen nur auf einer Körperseite. Manche Wimperntierchen haben große Ausbuchtungen ausgebildet, um die Siedlungsfläche zu vergrößern. Diese Wimperntierchen tragen sozusagen ihr eigenes Gemüsebeet mit sich herum, denn die Bakterien werden vom Wirt per Phagozytose aufgenommen“, beschreibt Brandon Seah, Doktorand am Bremer Max-Planck-Institut die Symbiose.

Nicole Dubilier, Direktorin des Max-Planck-Instituts, erklärt: „Diese Symbiose zwischen Wimperntierchen und schwefeloxidierenden Bakterien hat sich über vielleicht zehn bis hunderte Millionen Jahre erhalten. Ursprünglich dachten wir, dass diese Symbiose niemals so spezifisch sein kann wie bei Endosymbionten, die in ihrem Wirt leben. Bei Kentrophoros vermuteten wir, dass sie die Symbionten leicht verlieren, wenn sie sich durch Sand oder Wasser bewegen. Aber dies ist offenbar kein Hinderungsgrund für die enge und stabile Beziehung zwischen Wirt und Symbiont.“ Als nächstes wollen die Wissenschaftler unter anderem das Erbgut der Zellen entschlüsseln. Ein weiteres Ziel ist es, die Einzeller im Labor zu züchten.

MS/HR