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Symbiose: Tiefsee-Weichtier beherbergt Bakterien in winzigen „Drachenkugeln“
Ein Weichtier aus fast sauerstofffreiem Tiefseeschlamm beherbergt seine Nahrungslieferanten in ungewöhnlichen Zellkammern. Die Schwefelbakterien sitzen in winzigen Kugeln, die von mehr als 20 Membranschichten umgeben sind, wie eine neue Untersuchung zeigt. Diese als Dracosphera bezeichneten Gebilde könnten eine bisher unbekannte Anpassung an extreme Lebensräume sein.
Hongkong (China). An kalten Quellen des Meeresbodens treten Methan und Schwefelwasserstoff aus, obwohl dort kein Sonnenlicht ankommt. Manche Tiere beziehen einen Teil ihrer Nahrung deshalb aus chemischen Reaktionen, die symbiotische Bakterien in ihrem Körper ermöglichen.
Normalerweise leben solche Mikroben in speziellen Wirtszellen oder vergleichsweise einfachen membranumhüllten Bereichen. Nun legt der Fund einer vielschichtig verpackten Bakteriengemeinschaft nahe, dass die Partnerschaft bei einem wurmförmigen Weichtier noch aufwendiger organisiert ist.
Forscher der Hong Kong Baptist University (HKBU) um Prof. Jian-Wen Qiu haben mit Kollegen die Anatomie von Chaetoderma shenloong untersucht. Das schalenlose, wurmförmige Weichtier wird mehr als 15 Zentimeter lang und lebt an der Haima-Kaltquelle im Südchinesischen Meer mehrere Dutzend Zentimeter tief im Schlamm.
Dieser Schlamm enthält Schwefelverbindungen und ist bereits wenige Millimeter unter der Oberfläche praktisch sauerstofffrei. Anders als bei den meisten verwandten Weichtieren sind bei C. shenloong weite Teile des Darms zurückgebildet, während eine ausgedehnte netzartige Verdauungsdrüse den Körper durchzieht.
Um die Symbiose zu entschlüsseln, kombinierte das Team anatomische Untersuchungen und Röntgenmikrotomografie mit Fluoreszenzmarkierungen, Elektronenmikroskopie und genetischen Analysen. Die Verfahren zeigten, dass Schwefel oxidierende Bakterien dicht gedrängt in dem vergrößerten Verdauungsorgan leben.
Die Mikroben verteilen sich dort nicht einfach frei im Zellinneren, sondern sitzen in rund zehn bis 15 Mikrometer großen Kugeln. Elektronenmikroskopische Aufnahmen zeigen, dass diese Dracosphera genannten Gebilde von mehr als 20 Membranschichten umgeben sind und einen abgegrenzten Bereich innerhalb der Wirtszellen bilden.
In einer Wirtszelle fanden sich bis zu 1.629 symbiotische Bakterien. Die Zahl bezeichnet den beobachteten Höchstwert und nicht einen Durchschnitt. Im Inneren der Kugeln fehlen ein eigener Zellkern und Lysosomen, also die für den Abbau von Stoffen zuständigen Zellbestandteile.
Eine derart vielschichtige Verpackung von Bakterien war bei der chemisch gestützten Symbiose von Tieren bislang nicht bekannt. Die Studienautoren deuten sie deshalb als spezialisiertes Zellorganell, das die Mikroben beherbergt und ihren Stoffwechsel räumlich von dem des Wirts abschirmt.
Die Bakterien sind an sauerstoffarme Bedingungen angepasst und können geringe Sauerstoffmengen für ihren Stoffwechsel nutzen. Gleichzeitig ist Sauerstoff für das Weichtier selbst knapp, weil es im nahezu sauerstofffreien Sediment nach schwefelhaltigen Verbindungen sucht.