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Amöbe aus Thermalquelle setzt neue Hitzegrenze für komplexes Leben
Hitzerekord im Einzeller: Eine Amöbe aus heißen Quellen Nordkaliforniens kann sich noch bei 63 Grad Celsius teilen. Damit verschiebt Incendiamoeba cascadensis die bekannte Temperaturgrenze eukaryotischen Lebens nach oben. Genom- und Proteinanalysen liefern erste Hinweise darauf, wie ihre vergleichsweise komplexe Zelle diese Hitze verkraftet.
Syracuse (U.S.A.). Für Eukaryoten, also Lebewesen mit Zellkern und membranumhüllten Organellen, galt extreme Hitze lange als besonders harte Grenze. Einige Rotalgen und Pilze können sich noch bei ungefähr 60 Grad Celsius vermehren. Doch bei weiter steigenden Temperaturen werden Membranen instabil, Proteine drohen sich zu entfalten oder zu verklumpen und zentrale Zellprozesse geraten unter Druck.
Das Archaeon Methanopyrus kandleri, ein kernloser Einzeller, schafft deutlich mehr und wächst noch bei 122 Grad Celsius. Für Eukaryoten lag die bestätigte Obergrenze dagegen bislang bei etwa 60 Grad. Ob Zellen mit Zellkern diese Schwelle dauerhaft überschreiten und dabei noch vollständige Zellteilungen schaffen können, war deshalb eine offene Frage.
Forscher der Syracuse University um Angela M. Oliverio haben dafür Proben aus geothermalen Bächen im Lassen Volcanic National Park in Kalifornien ausgewertet. Zwischen 2023 und 2025 sammelte das Team Wasser, Biofilm und Sediment an 20 Stellen eines heißen Bachsystems. Nach der Kultivierung fanden sie diese Amöbe an 14 der 20 untersuchten Standorte, wobei sie sich genetisch und morphologisch klar von ihren nächsten bekannten Verwandten unterschied.
Die Forscher beschrieben sie als neue Gattung und Art Incendiamoeba cascadensis, sinngemäß die „Feueramöbe aus den Kaskaden“. Der Einzeller frisst hitzeliebende Bakterien und ist selbst auf hohe Temperaturen angewiesen. Bei 40 Grad Celsius und darunter wächst er im Labor nicht, die niedrigste nachgewiesene Wachstumstemperatur liegt bei 42 Grad. Am schnellsten vermehrt er sich zwischen 55 und 57 Grad Celsius.
„Wir müssen in erheblichem Maß neu darüber nachdenken, was für eine eukaryotische Zelle möglich ist“, sagt Angela M. Oliverio.
Um die Grenztemperatur genauer zu bestimmen, kultivierte das Team die Amöbe bei 17 Temperaturen von 30 bis 64 Grad Celsius. Für jeden Temperaturwert liefen vier parallele Kulturen über sieben Tage. Die Zellzahl stieg noch bei 63 Grad deutlich an, und mit Expansionsmikroskopie, bei der Zellstrukturen für eine hochauflösende Abbildung räumlich vergrößert werden, konnten die Forscher die Mitose bei dieser Temperatur direkt sichtbar machen.
Selbst bei 64 Grad blieben die Zellen beweglich, während sie oberhalb der Teilungsgrenze in einen Schutzmodus wechselten: Nach fünf Minuten bei 70 Grad bildeten sie Zysten und konnten nach dem Abkühlen auf 60 Grad wieder aktiv werden. Eine Behandlung bei 80 Grad überstanden sie dagegen nicht. Damit ist die Amöbe nicht nur ein neuer Rekordhalter für Wachstum, sondern auch ungewöhnlich widerstandsfähig gegenüber kurzen Hitzespitzen.
Warum hält I. cascadensis diese Temperaturen aus? Der Genomvergleich zeigt eine Anreicherung von Genen, die mit der Proteinerhaltung, der Genomstabilität und der Wahrnehmung der Umwelt zusammenhängen. Zudem tragen viele Proteine an ihrer Oberfläche mehr positiv geladene Aminosäuren als bei verwandten Amöben aus kühleren Lebensräumen. Ähnliche Eigenschaften finden sich auch bei besonders hitzetoleranten Bakterien und Archaeen und könnten verhindern, dass Proteine unter Hitze ihre Form verlieren oder verklumpen.
„Obwohl diese Organismen so verschieden sind, zeigt sich eine Konvergenz darin, welche Proteineigenschaften bei hohen Temperaturen für Stabilität ausgewählt werden“, sagt H. Beryl Rappaport von der Syracuse University.