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In der Antarktis leben Bakterien, die sonst nirgendwo vorkommen
Verborgene Eigenwelt im Polarboden: In antarktischen Böden leben offenbar Bakterienstämme, die außerhalb des Kontinents nicht nachweisbar sind. Bei der Gattung Arthrobacter fanden Forscher 90 Prozent der dort erfassten Stämme nur in der Antarktis. Genomvergleiche und Labortests deuten zudem darauf hin, dass diese Linien an Kälte und Trockenheit angepasst sind.
Boulder (U.S.A.). Mikroorganismen können sich über Luft und Wasser weit verbreiten. Deshalb galt lange die Vorstellung, dass dieselben Mikroben prinzipiell fast überall hinkommen können. Die Antarktis könnte davon jedoch eine Ausnahme bilden, denn sie ist geografisch stark isoliert und zugleich extrem kalt und trocken.
Forscher der University of Colorado Boulder (CU Boulder) um Nicholas B. Dragone haben nun untersucht, ob selbst eine weltweit verbreitete Bakteriengruppe dort regionale Eigenheiten entwickelt. Im Mittelpunkt stand Arthrobacter, eine Gattung, die in Böden von den Tropen bis in Polarregionen vorkommt und sich zugleich vergleichsweise gut im Labor kultivieren lässt.
Für ihre Analyse werteten die Wissenschaftler zunächst einen globalen metagenomischen Datensatz aus. Sie verglichen Arthrobacter-Stämme aus antarktischen Oberflächenböden mit Vorkommen außerhalb des Kontinents. Ergänzend untersuchten sie mehr als 100 antarktische Stämme und fast 500 Stämme aus anderen Regionen, darunter kalte oder trockene Gebiete wie das tibetische Hochland, Spitzbergen und die Atacama-Wüste.
„In der Mikrobiologie gibt es seit Langem die Annahme, dass ‚alles überall‘ ist. Die Antarktis wurde oft als mögliche Ausnahme betrachtet, und unsere Ergebnisse stützen diese Vorstellung. Einige antarktische Bodenmikroben scheinen sich von jenen zu unterscheiden, die in Böden anderswo auf der Welt vorkommen“, erklärt Nicholas B. Dragone.
Im nächsten Schritt sequenzierte das Team Genome kultivierter Arthrobacter-Stämme und verglich deren Merkmale mit genetischen Daten aus Böden weltweit. So ließ sich nicht nur prüfen, wo einzelne Stammlinien vorkommen. Die Forscher konnten auch nach genetischen Eigenschaften suchen, die mit den besonderen Umweltbedingungen der Antarktis zusammenhängen.
Die Auswertung ergab ein deutliches Muster: 90 Prozent der in den antarktischen Böden erfassten Arthrobacter-Stämme wurden ausschließlich auf dem Kontinent gefunden. Damit liefert die Studie Hinweise auf Endemismus, also auf Stammlinien mit einem räumlich stark begrenzten Vorkommen. Das widerspricht zumindest für diese Bakterien der einfachen Vorstellung, Mikroben seien durch ihre weite Verbreitung praktisch überall gleich zusammengesetzt.
„Arthrobacter als Gruppe findet man vielleicht auf dem ganzen Planeten, aber wenn wir uns einzelne Stämme genau ansehen, wird klar: Genau wie bei den Pinguinen hat die Antarktis ihre ganz eigene biologische Geschichte“, sagt Prof. Byron J. Adams von der Brigham Young University (BYU).
Doch räumliche Einzigartigkeit allein bedeutet noch keine lokale Anpassung. Deshalb kultivierten die Forscher ausgewählte Stämme unter unterschiedlichen Temperaturen und Trockenheitsbedingungen. Die antarktischen Bakterien wuchsen dabei überwiegend langsamer, erwiesen sich aber als widerstandsfähig. Zusammen mit ihren Genommerkmalen und Umwelttoleranzen spricht dies dafür, dass sie an die Bedingungen des südlichen Kontinents angepasst sind.
Die Befunde beziehen sich gezielt auf Arthrobacter und nicht auf die gesamte mikrobielle Vielfalt der Antarktis. Sie zeigen deshalb nicht, dass die meisten antarktischen Mikroben ausschließlich dort vorkommen. Wohl aber belegt die Arbeit, dass selbst eine global verbreitete Bakteriengruppe auf Stammesebene ein ausgeprägtes geografisches Muster besitzen kann.