Wie Bakterien die Jahrmillionen überdauern

 Im Permaforstboden des Yukon-Territoriums in Nord-Kanada können Mikroben eine halbe Millionen Jahre lang überleben. Bild: Duane Froese
Im Permaforstboden des Yukon-Territoriums in Nord-Kanada können Mikroben eine halbe Millionen Jahre lang überleben. Bild: Duane Froese
Einzeller sind die begabtesten Überlebenskünstler der Erde: Eingeschlossen in Bernstein oder Salz können sie womöglich sogar mehrere Millionen Jahre überdauern. Wie Bakterien dieses Kunststück vollbringen, fanden jetzt Forscher um Sarah Stewart Johnson heraus, die am Massachusetts Institute of Technology arbeitet.
Bislang wurde angenommen, dass Bakterien ungünstige Bedingungen überstehen, indem sie sich beispielsweise einkapseln und inaktiv werden. Allerdings sind sie in diesem Schlafzustand nicht in der Lage, Schäden an der Erbsubstanz DNA zu reparieren. Innerhalb weniger tausend Jahre, so zeigen Modellrechnungen, wird das Erbmaterial aber durch chemische Reaktionen so stark in Mitleidenschaft gezogen, dass die Zelle nicht mehr zum Leben erwachen kann.

Stewart Johnson und ihre Kollegen zeigen nun aber, dass Mikroben dank einer anderen Strategie uralt werden können: Sie schalten ihren Stoffwechsel auf Sparflamme, führen aber kontinuierlich Reparaturen an der DNA durch.

Die Forscher untersuchten Permafrost-Boden in Kanada und Sibirien, dessen Temperaturen seit mehreren hunderttausend Jahren unter dem Gefrierpunkt lagen. Sie entnahmen verschieden alten Bodenproben Erbmaterial und untersuchten die Menge an Zerfallsprodukten der Base Cytosin. In 5.000 bis 30.000 Jahre alten Proben fanden sie wie erwartet Sporen bestimmter Bakterien, in denen sich um so mehr Zerfallsprodukte anhäuften, je älter die Sporen waren. In 400.000 bis 600.000 Jahre alten Proben entdeckten die Forscher keine Bakteriensporen mehr. Stattdessen fanden sie intakte DNA der Bakterienfamilie Arthrobacter, die keine Sporen bildet. Es handelt sich um die ältesten bekannten Lebewesen der Welt, schreiben die Forscher. In Boden, der mehr als eine dreiviertel Million Jahre alt war, gab es hingegen keine vollständige Erbsubstanz mehr.

Als weiteren Beleg für die Aktivität der Bakterien untersuchten die Forscher mit einer besonders empfindlichen Methode die Stoffwechselaktivität der Mikroben in ihren Bodenproben: Die 500.000 Jahre alten Methusalem-Zellen, so stellten die Forscher fest, atmeten noch. Sie produzierten winzige Mengen Kohlendioxid.

Die Ergebnisse der Untersuchung sind wichtig, um die Evolution zu verstehen, sagt Mitverfasser Eske Willerslev von der Universität von Kopenhagen. "Womöglich wird uralte DNA immer wieder mit neuer vermischt, so dass die Evolution kreisförmig verlaufen könnte." Die Untersuchungsmethoden des Teams könnten möglicherweise auch eingesetzt werden, um ? falls vorhanden ? endlich Mikroben auf dem Mars aufzuspüren.
Sarah Stewart Johnson (Massachusetts Institute of Technology) et al.: PNAS, Bd. 104, Nr. 36, S. 14401

Ute Kehse


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