Ernährung auf dem Holzweg

Warum Termiten eine wichtige Rolle im globalen Kohlenstoff-Kreislauf spielen

25. Juli 2005

Drei bis vier Millimeter lang und weniger als einen Millimeter dick - derart unscheinbar präsentiert sich der Darm einer Termite. Doch dieses winzige Organ hat´s in sich: Es beherbergt hunderte verschiedene Arten von Mikroorganismen, die als Verdauungshelfer arbeiten und Termiten in die Lage versetzen, von Holz zu leben. So wandern jährlich mehrere Milliarden Tonnen Lignocellulose durch Termitendärme und werden dort abgebaut. Damit spielen Termiten eine bedeutende Rolle im globalen Kohlenstoff-Kreislauf. Andreas Brune, Forschungsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg, beschreibt mit welchen Methoden sich Einblick in das ungewöhnliche und noch weithin unbekannte "Biotop Termitendarm" gewinnen lässt.

original
Die Boden fressenden Termiten in den Tropen haben einen verlängerten Darm, der in mehreren Kammern gegliedert und extrem alkalisch ist.

Im Gegensatz zu anderen Insekten haben Termiten im Lauf der Evolution gelernt, den Celluloseanteil des Holzes bereits im Mitteldarm mit eigenen Enzymen anzugreifen. Doch der Großteil der ungewöhnlichen Verdauungsleistung geht bei allen primitiveren Arten auf das Konto von kleinen begeißelten Einzellern, so genannten Flagellaten, die den Enddarm der Insekten dicht besiedeln.

Bevor diese jedoch ihr Werk verrichten können, muss die Termite das Holz mithilfe ihrer Mundwerkzeuge und des kräftigen Kaumagens zu winzigen Partikeln zermahlen. Dabei wird nicht nur die Oberfläche der Holzpartikel extrem vergrößert, sondern auch das komplexe Gerüst aus aromatischen Verbindungen (Ligningerüst) aufgebrochen, das verholzten Zellwänden ihre außerordentliche mechanische Stabilität verleiht und die Hauptbestandteile des Holzes (Cellulose und Hemicellulosen) vor dem enzymatischen Abbau schützt.

Ist das Holz derart vorbereitet, können die Flagellaten die Cellulose und Hemicellulosen in ihr Zellinneres aufnehmen und zügig verdauen. Unterstützt werden sie dabei von einer Vielzahl anderer Mikroorganismen (Bakterien), die neben Holzbestandteilen auch Stoffwechselprodukte der Flagellaten verwerten. Endprodukte des mikrobiellen Stoffwechsels, aber auch die Mikroorganismen selbst, dienen wiederum den Termiten als Nahrung.

original
Viele der Einzeller im Termitendarm sind eng mit Bakterien vergesellschaftet. Manche tragen ihre Symbionten wie eine "Strickweste" (unten rechts).

Das Interesse der Mikrobiologen wird dadurch gefesselt, dass sich in dem nur rund ein tausendstel Milliliter fassenden Organ hunderte verschiedene Arten von Mikroorganismen tummeln. Wie diese Lebensgemeinschaft auf engstem Raum organisiert ist, welche Stoffwechselprozesse dort im Einzelnen ablaufen und welche Organismen für die verschiedenen Umsetzungen zuständig sind, ist noch kaum bekannt. Der Termitendarm ist damit ein spannendes Modell für den mikrobiellen Ökologen: An ihm lassen sich allgemeine Prinzipien mikrobieller Lebensgemeinschaften exemplarisch und - weil es sich um ein kleines, abgeschlossenes System handelt - relativ einfach untersuchen.

Das winzige Organ ist aber auch der Ort, an dem sich ein signifikanter Teil des globalen Kohlenstoffkreislaufs vollzieht. Dabei spielen die Zersetzung von Holz und die vorübergehende Stabilisierung des Kohlenstoffs in Form von Humus eine zentrale Rolle. Im Boden dauert dieser Prozess Jahre bis Jahrzehnte; entsprechende Studien mit Bodenmikroben gestalten sich deshalb vergleichsweise langwierig. Termitendärme sind jedoch "Hot Spots" mikrobieller Aktivität: Das extrem fein zerkleinerte Holz wird hier innerhalb von Stunden bis wenigen Tagen verdaut - einer der größten Vorteile für Experimente im Labor.

Die meisten Mikroorganismen des Termitendarms haben sich allen bisherigen Kultivierungsversuchen schlichtweg entzogen haben. Dabei wäre es extrem wichtig, mehr über diese "unkultivierte Mehrheit" zu erfahren, hinter der sich bisher völlig unbekannte bakterielle Entwicklungslinien verbergen, die häufig in enger Assoziation mit den vielen tausend Flagellaten leben. In der Tat sind viele der Einzeller im Termitendarm eng mit Bakterien vergesellschaftet. Manche tragen ihre speziellen Symbionten wie eine Strickweste. Die unzähligen Bakterien im Zellinnern mancher Flagellaten, die entfernt an Zellorganellen erinnern, bilden sogar eine eigene, nur in Termitendärmen anzutreffende Entwicklungslinie.

Ein gänzlich anders gearteter Bioreaktor ist der Darm der Boden fressenden Termiten, welche die fortgeschrittenere Entwicklungslinie dieser Insektenordnung repräsentieren. Sie leben hauptsächlich in den Tropen und stellen mindestens die Hälfte aller Termiten weltweit dar. In Gebieten, in denen es sehr trocken ist, ersetzen diese Insekten quasi den Regenwurm. Statt Holz fressen sie vor allem Humus, manche Arten auch Tierdung. Sie haben deshalb eine enorme ökologische Bedeutung für den Kohlenstoffkreislauf im Boden - ein weiterer Aspekt, der Termitendärme zu reizvollen Objekten der Forschung macht.

Zur Redakteursansicht