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Erde+Klima

Skurrile Würmchen im Giftsee

Bizarre Gesteinsformationen prägen die Ufer des Mono Lake. ( Bild: theartist312/iStock)

Eine salzige Lauge, „gewürzt“ mit giftigem Arsen – und doch ist im Mono Lake Leben möglich. Zwei Tierarten waren bisher aus dem kalifornischen Natronsee bekannt, nun präsentieren Forscher acht weitere: Es handelt sich um Fadenwürmer, von denen eine Art besonders skurrile Merkmale besitzt: Die Winzlinge überleben das 500-fache der für Menschen tödlichen Arsen-Dosis, sie haben drei Geschlechter und tragen ihre Jungen wie Kängurus im Körper aus. Überraschenderweise lassen sich die Extrem-Freaks auch im Labor züchten, berichten die Forscher.

Zum Baden lädt er nicht gerade ein – der Mono Lake in den östlichen Sierras von Kalifornien besitzt eine ausgesprochen fiese Brühe: Das Wasser ist nicht nur dreimal salziger als das der Ozeane, sondern besitzt auch einen extrem hohen pH-Wert und steckt voller Natriumcarbonat und Borax. Es hat dadurch Eigenschaften wie ein Waschmittel und wirkt schleimig und ölig. Dazu kommen außerdem hohe Gehalte einer Substanz, die fast als ein Synonym für Gift beim Menschen gilt: Arsen.

Fische oder andere Wirbeltiere können in dieser Suppe nicht überleben. Dennoch wimmelt es im Mono Lake von Leben: Einige Algen und Bakterien haben sich an die extremen Bedingungen angepasst und bilden üppige Schichten unter Wasser. Bisher nahm man allerdings an, dass sich nur zwei Tiere diese Biomasse als Futter erschließen konnten: eine Salzkrebs-Art und eine skurrile Fliegenart, die mithilfe einer Luftblase in den See taucht und dort die Bakterienrasen abweidet.

Erfolgreiche Suche nach Würmchen

Doch sind dies wirklich die einzigen Tiere im See? Die Forscher um Pei-Yin Shih vom California Institute of Technology in Pasadena sind nun gezielt der Frage nachgegangen, ob sich nicht vielleicht auch Fadenwürmer den Mono Lake als Lebensraum erobern konnten. Denn es ist bekannt, dass diese mikroskopischen Würmchen ausgesprochen anpassungsfähig sind: Eine enorme Artenvielfalt von Nematoden lebt in vielen unterschiedlichen und teils extremen Bereichen der Erde. Zu den Fadenwürmern gehört übrigens auch eines der wichtigsten Modelltiere der Forschung: An Caenorhabditis elegans werden viele biologische und medizinische Fragen untersucht.

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Um im Mono Lake nach Fadenwürmern zu suchen, haben Shih und ihre Kollegen in mehreren Bereichen des Sees Sedimentproben entnommen und unter die Lupe genommen. Und sie wurden tatsächlich fündig: Sie entdeckten acht Nematodenarten, die offenbar unterschiedliche Ernährungsstrategien besitzen: Einige fressen die Mikroben des Sees, andere erbeuten wiederum andere Fadenwürmer und eine dritte Gruppe parasitiert offenbar die Krebschen und Fliegen des Mono Lake. Wichtig ist, dass alle acht Arten offensichtlich mit den hohen Arsenkonzentrationen zurechtkommen. Es handelt sich somit um sogenannte Extremophile – Organismen, die unter Bedingungen leben können, die für die meisten anderen Lebensformen tödlich sind.

Eine Art erwies sich als besonders spannend, berichten die Forscher. Es handelt sich um eine bisher unbekannte Spezies aus der Gruppe der Auanema-Nematoden. Ein interessantes Merkmal dieser Würmer ist, dass sie drei Geschlechter umfassen: Es gibt Männchen, Weibchen und Hermaphroditen, die sich selbst befruchten können. Dieses System ermöglicht den Würmchen mehr Flexibilität bei der Fortpflanzung. Wie die Forscher berichten, unterscheidet allerdings eine Besonderheit die nun neu entdeckte Art Auanema sp. von ihren Schwesterarten: Sie ist lebendgebärend. Vermutlich ist dies unter den extremen Bedingungen im Mono Lake vorteilhaft, erklären die Wissenschaftler.

Die neu entdeckte Nematodenart Auanema sp. (Bild: Caltech)

Arsen nehmen sie locker

Eine weitere erstaunliche Eigenschaft von Auanema sp. ist, dass sich diese Art auch im Labor unter weit weniger extremen Bedingungen als in ihrem natürlichen Lebensraum vermehren lässt. Denn nur mit wenigen bekannten extremophilen Lebewesen ist dies möglich. So konnten die Forscher austesten, bis zu welcher Dosis die Würmchen mit Arsen zurechtkommen. Das Ergebnis: Sie überleben noch das 500-fache der für Menschen tödlichen Konzentration. Interessanterweise stellten die Forscher auch bei den Schwesterarten von Auanema sp., die nicht im Mono Lake leben, eine vergleichsweise hohe Arsentoleranz fest. Vermutlich ist diese grundlegende Widerstandsfähigkeit die Ursache, warum sich diese Wesen in dem toxischen See etablieren konnten.

„Extremophile können uns so viel über innovative Strategien im Umgang mit Herausforderungen beibringen“, sagt Shih. Die Forscher wollen nun weiter untersuchen, welche biochemischen und genetischen Faktoren dem Erfolg der Nematoden zugrunde liegen. „Unsere Studie zeigt, dass wir noch viel darüber lernen müssen, wie diese 1000-zelligen Tiere das Überleben in extremen Umgebungen meistern“, so Shih. Konkret wollen sie und ihre Kollegen nun bei Auanema sp. nach Genen suchen, die ihnen die Arsenresistenz ermöglichen. Die Ergebnisse könnten dabei auch der menschlichen Gesundheit zugutekommen, sagen die Forscher. Denn mit Arsen kontaminiertes Trinkwasser ist ein großes globales Gesundheitsproblem. Informationen, wie Nematoden mit Arsen zurechtkommen, könnten in diesem Zusammenhang hilfreich sein, sagen die Wissenschaftler.

Quelle: California Institute of Technology, Fachartikel: Current Biology, doi: 10.1016/j.cub.2019.08.024

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