Kabelbakterien stellen unser Naturverständnis auf den Kopf
Nicht viele Wissenschaftler beginnen ein Forschungsprojekt mit der Entdeckung einer vollkommen neuen Lebensform, die bis dato nicht bekannte Eigenschaften aufweist. Dies trifft allerdings auf die an dem im vergangenen Februar abgeschlossenen EU-finanzierten COULOMBUS-Projekt arbeitenden Forscher zu. Im Jahr 2012 stellte ein Student der Universität Aarhus in Dänemark mit einem Mikroskop fest, dass er auf ein Kabelbakterium blickte, eine mehrere Zentimeter lange Verkettung von Zellen, die wie ein lebendiges Stromkabel in der Lage ist, Strom durch Sedimente am Meeresboden nach oben zu leiten. Seitdem war das Team damit beschäftigt, mehr über diese neue Lebensform zu erfahren, die unser Verständnis des Elementekreislaufs im Ökosystem sowie viele weitere Annahmen potenziell revolutionieren könnte. Rätselhafte Stromflüsse Zu Beginn wollte Lars Peter Nielsen, Professor für mikrobielle Ökologie in Aarhus, erforschen, was die Ursache für die Stromflüsse ist, die er in der Bucht von Aarhus entdeckt hatte. Seine Ausgangshypothese – eine in einem Nanodrahtgitter angeordnete Bakteriengemeinschaft – wurde schnell fallen gelassen, als die Kabelbakterien unter der Linse vergrößert wurden. „Plötzlich fügte sich alles zusammen, es war eine Lebensform, deren Existenz sich niemand vorgestellt hatte – ein lebender Organismus, der Strom über größere Entfernungen im Zentimeterbereich leiten kann. Bis dahin war dies lediglich im Nano- oder Mikromaßstab möglich“, sagt Professor Nielsen. Die Bakterien, Mitglieder der Desulfobulbaceae-Familie, weisen innen einen Ring elektrischer Leitungen auf. Sie absorbieren Elektronen von Schwefelwasserstoff an einem Ende des Kabels, transportieren diese entlang tausender Zellen hoch zur Schlammoberfläche und lagern diese daraufhin an Sauerstoff an dem anderen Kabelende ab. Bei dem Vorgang wird die zum Überleben der Bakterien notwendige Energie freigesetzt. Am Meeresboden und im Hintergarten Unter Verwendung von Robotern und eines speziell entwickelten Mikrosensors maß das Team die elektrischen Felder von Kabelbakterien in der Bucht von Tokio und anschließend in einer Quelle, welcher der Heimat Professor Nielsens näher war, da diese sich in dem Hintergarten des Professors befand. Es wurde die Bakterien-DNA untersucht, um deren Entwicklung im Laufe der Zeit festzustellen. Außerdem wurden bislang zwei Genera und sechs Spezies beschrieben, während mehrere andere der näheren Untersuchung bedürfen. Die jüngere Arbeit von COULOMBUS an Boden am Land bedeutet, dass „mit unseren Strömen möglicherweise elektrische Felder beschrieben werden können, die an Land gemessen worden sind und bislang nicht erklärt werden konnten“, sagt Professor Nielsen. Untersuchung der Leitfähigkeit Prof. Nielsens Team arbeitet jetzt an der Identifizierung der leitfähigen Elektronen innerhalb der Bakterien. „Sobald wir herausgefunden haben, welche Materialien beteiligt sind, lässt sich vielleicht absehen, welche Anwendungsmöglichkeiten dieser Leitmechanismus bietet“, sagt Professor Nielsen. Das Wissen um die Kabelbakterien befindet sich noch in den Kinderschuhen, die Entdeckung hat jedoch wahrscheinlich weitreichende Implikationen. Die Tatsache, dass Kabelbakterien eine lebende Verbindungen zwischen einem Leiter und biologischen Prozessen darstellen, ist laut Professor Nielsen voraussichtlich für medizinische Forscher von Interesse. Technologen möchten deren Potenzial möglicherweise im Hinblick auf die Entwicklung einer umweltfreundlichen Elektronik erforschen. Es bieten sich gegebenenfalls Anwendungsmöglichkeiten für die Reinigung verunreinigten Abwassers. „Kabelbakterien machen den Meeresgrund bereits zu einem weitaus besseren Lebensraum für Tiere und sie erhöhen deren Chancen, Sauerstoffarmut zu überleben“, sagt Professor Nielsen. Professor Nielsen möchte seine Forschung an den grundlegenden Fragen zu Kabelbakterien in einem neuen von Dänemark finanzierten Zentrum für Elektromikrobiologie fortsetzen, das an der Universität Aarhus eingerichtet wird.
Schlüsselbegriffe
COULOMBUS, Kabelbakterien, Biogeochemie, elektrische Bakterien, neue Lebensform, Leiter
