Der geliehene Kompass: Wie ein Einzeller seinen Magnetsinn untervermietet
Dass Bakterien sich am Erdmagnetfeld orientieren, ist seit Jahrzehnten bekannt. Ein Fund aus gabunischen Flusssedimenten zeigt nun, dass komplexere Einzeller diese Fähigkeit nicht selbst entwickeln müssen – sie holen sich Untermieter ins Zellinnere, die den Kompass mitbringen.
Es gehört zu den robusteren Befunden der Mikrobiologie: Bestimmte Bakterien bauen in ihrem Inneren einen Kompass. Sogenannte magnetotaktische Bakterien lagern winzige Kristalle magnetischer Eisenminerale ein – meist Magnetit, in sauerstofffreien Milieus auch Greigit –, reihen sie kettenförmig auf und richten sich damit an den Feldlinien des Erdmagnetfelds aus. Der Nutzen ist banal und wirkungsvoll zugleich: Statt in drei Dimensionen nach der passenden Sauerstoffkonzentration zu suchen, reduziert das Feld die Suche auf eine Achse. Oben und unten werden unterscheidbar.
Der Kompass im Wimperntierchen
Weniger gut verstanden war bislang, warum auch eukaryotische Einzeller – Organismen mit Zellkern, deutlich komplexer gebaut als Bakterien – diese Fähigkeit zeigen. Ein internationales Team um William Orsi vom Department für Geo- und Umweltwissenschaften der Ludwig-Maximilians-Universität München beschreibt nun ein Wimperntierchen aus sauerstoffarmen Flusssedimenten in der Nähe von Libreville in Gabun, das sich magnetisch orientiert. Die Erklärung liegt den Angaben der Forschenden zufolge nicht in der Zelle selbst, sondern in ihren Bewohnern: Der Einzeller beherbergt zwei weitere Mikroorganismen – Bakterien und Archaeen – in seinem Inneren.
Die Fähigkeit ist damit nicht das Ergebnis einer eigenen evolutionären Entwicklungslinie, sondern das Nebenprodukt einer langfristigen Lebensgemeinschaft. Der Wirt liefert vermutlich Lebensraum und Stoffwechselprodukte, die Untermieter bringen die Ausstattung mit. Orsi rechnet nach eigener Aussage damit, dass ähnliche Kooperationen in sauerstofffreien Lebensräumen häufiger vorkommen als bisher angenommen – man habe bislang schlicht nicht danach gesucht.
Warum das über Kuriosität hinausgeht
Der Fund ist zunächst eine Randnotiz aus einem sehr speziellen Forschungsfeld. Interessant wird er durch die Frage, die er berührt: Wie entstehen biologische Fähigkeiten überhaupt? Die klassische Erzählung setzt auf Mutation und Selektion innerhalb einer Linie – ein Organismus entwickelt über viele Generationen ein Organ, einen Sinn, einen Stoffwechselweg. Die Symbiose-Erzählung funktioniert anders: Eine Fähigkeit wird nicht erfunden, sondern eingekauft.
Dieses Muster ist in der Biologie nicht neu, im Gegenteil. Die Mitochondrien in praktisch jeder komplexen Zelle – auch in menschlichen – gelten nach heutigem Kenntnisstand als ehemals eigenständige Bakterien, die dauerhaft aufgenommen wurden. Dasselbe gilt für die Chloroplasten der Pflanzen. Was der gabunische Einzeller zeigt, ist gewissermaßen eine solche Übernahme in einem früheren Stadium: Die Partner sind noch unterscheidbar, die Grenzen noch nicht verwischt.
Sedimente als Fundort
Bemerkenswert ist auch der Ort. Sauerstoffarme Sedimente sind schwer zugängliche, wenig standardisierte Lebensräume, und die dort lebenden Organismen lassen sich oft nicht im Labor kultivieren. Die Beschreibung solcher Gemeinschaften hängt deshalb stark an Verfahren, die genetisches Material direkt aus der Umweltprobe auslesen. Dass ausgerechnet dort ein Kooperationsmuster auftaucht, das man bislang übersehen hat, ist wenig überraschend – es sagt mehr über die Grenzen bisheriger Methoden aus als über die Seltenheit des Phänomens.
Praktische Anwendungen sind bei einem solchen Befund nicht der Punkt, auch wenn magnetische Nanopartikel aus bakterieller Produktion seit Jahren als Material mit ungewöhnlich gleichmäßiger Qualität gelten. Der Ertrag liegt eher im Grundsätzlichen: Wenn die Orientierung im Erdmagnetfeld gleich mehrfach und auf unterschiedlichen Wegen in der Mikrobenwelt auftaucht, dann ist sie offenbar eine naheliegende Lösung für ein sehr altes Problem – nämlich in einer trüben, schichtweise aufgebauten Umgebung zu wissen, wo es langgeht.
Redaktionelle Einordnung eines Forschungsbefunds. Die Angaben zu Fundort, Organismen und Interpretation beruhen auf Darstellungen der beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler.