Forscherteam entdeckt Bakterienvielfalt bei Tiefseemuscheln

Tiefseemuscheln beherbergen in ihren Kiemen bis zu 16 verschiedene Bakterienstämme und sind so für Umweltveränderungen gewappnet.
Nicht immer verderben viele Köche den Brei, sagt die deutsch-österreichischen Forschergruppe mit Jillian Petersen von der Universität Wien und Rebecca Ansorge und Nicole Dubilier vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen, die entdeckt haben, dass Tiefseemuscheln viel mehr Bakterien in ihren Kiemen tragen als gedacht.

Tiefseemuscheln der Azoren

Sie erforschten auf mehreren Fahrten Tiefseemuscheln rund um die Azoren, die portugiesische Inselgruppe im Atlantik. Die sogenannten Bathymodiolus-Muscheln, die entfernte Verwandte der essbaren Miesmuschel sind, fanden die Forscher in heißen Quellen der Tiefsee. Im Labor in Bremen und Wien analysierten sie dann im Detail die Genome der bakteriellen Bewohner dieser Muscheln. Bislang war man der Meinung, dass die Muschel nur ein oder zwei Arten von Symbionten beheimatet. Doch offensichtlich ist Bathymodiolus deutlich gastfreundlicher. "Tatsächlich finden wir in einer einzigen Muschel bis zu 16 verschiedene Bakterienstämme", so Ansorge.

Vielfalt lohnt sich: Bakterien machen Muscheln widerstandsfähig

Die einzelnen Bakterienstämme sorgen dafür, dass die Muschel für alle Eventualitäten gewappnet ist. Denn sie erfüllen jeweils verschiedene Funktionen, helfen bei unterschiedlichen Stoffumsetzungen, haben unterschiedliche Fähigkeiten. "Verschiedene Symbionten können beispielsweise unterschiedliche Stoffe und Energiequellen aus dem Umgebungswasser nutzen und damit die Muscheln ernähren", erklärt Ansorge. Andere wiederum sind besonders widerstandsfähig gegen Viren oder Parasiten.

CommentCreated with Sketch.1 zu den Kommentaren Arrow-RightCreated with Sketch. "Wir vermuten, dass die große Vielfalt ihrer Untermieter die Muschel sehr wandlungsfähig macht", fügt Jillian Petersen hinzu, die Leiterin des an der Studie beteiligten Labors der Universität Wien. Wenn sich ihre Umwelt verändert – was in einem so dynamischen Lebensraum wie einem Schwarzen Raucher häufig der Fall ist –, kann sich die Muschel schnell anpassen. Jene Bakterienstämme, die unter den neuen Bedingungen besonders gut gewachsen sind, treten dann in den Vordergrund. Auch wenn die Muschel neue Lebensräume besiedeln möchte, ist sie mit diesem Mosaik an Symbionten gut vorbereitet. Die vielen Köche verderben der Muschel also nicht den Brei, vielmehr kann sie für jeden Fall genau den richtigen Brei zubereiten.

"Eine solche Vielfalt an Symbionten passt nicht zu gängigen Evolutionstheorien, nach der so ähnliche Organismen wie diese symbiotischen Bakterien nicht nebeneinander existieren können", erklärt Nicole Dubilier, Projektleiterin der Studie und Direktorin am Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie. Das liegt an einer Besonderheit der Tiefseesymbiosen: Die Muschel ernährt ihre Untermieter nicht direkt, sondern sorgt nur dafür, dass sie nahe ihrer Futterquelle an den Schwarzen Rauchern (hydrothermalen Quellen am Grund der Tiefsee) leben. Ihre Nahrung beziehen die Symbionten dann aus dem Umgebungswasser. "Dadurch kann es sich die Muschel erlauben, auch solche Köche zu beherbergen, die gerade nicht optimal arbeiten. Man weiß ja nie, wann sie noch nützlich werden."

Von Lucky Strike bis Lilliput

Lucky Strike, Semenov, Wideawake, Clueless, Lilliput – so heißen die Hydrothermalfelder, an denen Ansorge und ihre Kollegen die gastfreundlichen Tiefseemuscheln bisher gefunden haben. Diese Felder sind verteilt entlang des gesamten Mittelatlantischen Rückens, von den Azoren bis weit in den Südatlantik, Tausende Meter unter der Meeresoberfläche. An allen untersuchten Stellen fanden die Forschenden das gleiche Muster einer unerwartet hohen Symbiontenvielfalt mit geringfügigen Unterschieden in den einzelnen Fähigkeiten, die vermutlich auf die jeweiligen Bedingungen vor Ort abgestimmt sind.

"Als nächstes wollen wir erforschen, ob diese Vielfalt auch in anderen Tiefseesymbiosen existiert, zum Beispiel in Schwämmen oder anderen Muscheln", sagt Ansorge. Die Forscher erwarten, dass ihre hier Ergebnisse keine Ausnahme darstellen und eine Vielfalt bakterieller Symbionten auch in anderen Systemen üblich ist. Das würde bedeuten, dass wir unsere aktuellen evolutionären Theorien über symbiotische Beziehungen überarbeiten müssen.

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