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StartseiteForschung aktuellÜberleben im Salz04.06.2012

Überleben im Salz

Ein Mikroorganismus entrinnt der Trockenheit

Biologie.- Als Schiffbrüchiger auf dem Ozean zu überleben, ist äußerst schwierig. Denn Salzwasser stillt den Durst nicht, trocknet den Körper eher aus. Im Laufe der Evolution haben es dennoch einige Arten geschafft, in einer Lake zu bestehen, die vielfach salziger ist als gewöhnliches Meerwasser.

Von Karl Urban

Ein Salzsee in Namibia: Einige Archäen-Arten lieben diese extreme Atmosphäre.   (Universität Heidelberg/Karsten Kotte)
Ein Salzsee in Namibia: Einige Archäen-Arten lieben diese extreme Atmosphäre. (Universität Heidelberg/Karsten Kotte)

Reibt man Fleisch mit Pökelsalz ein, tritt Wasser aus: Eine uralte Konservierungsmethode, die auf einem einfachen Grundprinzip beruht. Ist nämlich der Salzgehalt außerhalb einer Zelle höher als in ihrem Innern, entsteht ein osmotischer Druck und das eingeriebene Gewebe gibt Wasser ab. Nicht nur das Fleisch selbst, sondern auch die Fäulnisbakterien, denen die salzige Lake gar nicht bekommt. Stark salzhaltiges Wasser ist eben selbst für die meisten Mikroorganismen ein schwieriger Lebensraum - bis auf wenige Ausnahmen.

"Halobakterium ist ein extrem halophiler, also ein sehr salzliebender Organismus, der an diese hohen Salzkonzentrationen angepasst ist und auch nur dort überleben kann."

Halobacterium salinarum. Wo alle anderen das Weite suchen, fühlt sich diese Archäenart so richtig wohl. Sie gehört zu einer Domäne für den Menschen harmloser Mikroben, die sich besonders ungemütliche Lebensräume erschlossen haben. Während andere Archäen an heißen Quellen oder in übersäuerten Gewässern überleben können, macht es sich Halobacterium salinarum im Salz gemütlich. Dorthe Kixmüller und Jörg-Christian Greie von der Universität Osnabrück haben die Überlebensstrategie nun genauer untersucht:

"Wir sind ins natürliche Habitat gegangen und haben uns angeschaut: welchen extremen Umweltbedingungen sind diese Archäen eigentlich ausgesetzt? Da findet man eben gerade in diesen Salzverdampfungsanlagen, dass die eben durch diese hohen Temperaturen, bedingt durch die hohen Sonneneinstrahlungen in Richtung Äquator periodisch austrocknen. Das heißt, die überleben in diesen Salzpfannen auch lange Trockenperioden ohne Wasser, wo dieses Wasser komplett weggedampft ist und flüchten sich vor diesem Austrocknungsstress in diese Salzkristalle rein."

Salzablagerungen gibt es meist dort, wo die Sonne unermüdlich brennt und irgendwann alles Wasser verdampft ist. Halobacterium entgeht dem Austrocknen, indem es sich in Flüssigkeitseinschlüsse im verbleibenden Salz zurückzieht, die schon bald hermetisch von der Außenwelt abgeschlossen sind. Der Verdunstungsgefahr entronnen – doch das eingeschlossene Wasser ist mit Salzen gesättigt. Wie die Archäe ihr Überleben sichert, war deshalb lange Zeit unklar. Ein Ergebnis der Osnabrücker Mikrobiologen lautet nun: Die Zelle schützt sich vor dem dehydrierenden Salz Natriumchlorid, indem es stattdessen ein anderes Salz als Kochsalz aufnimmt. Kaliumchlorid nämlich trocknet das Zellinere deutlich weniger aus.

Wie sich die exotische Archäe das Kalium einverleibt, war für die Forscher überraschend. Das dafür eingesetzte Transportsystem der Zelle kennen die Biologen nämlich: von ganz gewöhnlichen Mikroorganismen.

"Es war relativ paradox, das zu finden, weil normalerweise wird dieses Kaliumaufnahmesystem in sogenannten mesophilen Bakterien, also auch Escheria coli, unseren hauseigenen Darmbakterien, wenn man so will, die benutzen dieses Kaliumaufnahmesystem unter extremer Kaliumlimitierung. Das heißt, wenn in dem umgebenden Milieu sehr wenig Kalium vorhanden ist. Halobakterien haben allerdings in ihren natürlichen Habitaten sehr viel Kalium."

Ihr größtes Geheimnis haben die salzliebenden Archäen allerdings noch nicht preisgegeben. Denn sie können sich vielleicht mit dem Salz arrangieren, aber kaum davon ernähren.

"Das Ausschlaggebende bei so einem Organismus ist immer: wo bekomme ich die Energie her? Und das war eben auch ein besonderer Punkt im Falle des Einschlusses in diese Kristalle, weil die sind [ ... ] wirklich hermetisch verriegelt. Das heißt, da kommen keine Stoffe mehr rein, da kommen keine Stoffe mehr raus. Das heißt, die Energiequelle muss entweder für sehr, sehr lange Zeit ausreichen oder sie muss regenerierend sein."

Vermutlich spielt Licht und eine primitive Form der Fotosynthese dabei eine entscheidende Rolle. Aber nicht ausschließlich: Salzliebende Archäen erweisen sich auch tief unter der Erde als wahre Methusalems. Die Mikroben wurden bereits in 250 Millionen Jahre alten Salzstöcken entdeckt – und waren nach dieser langen Zeit noch am Leben: Ein Weltrekord unter den bekannten Arten – und allein diese Fähigkeit lässt auch das Herz von Planetenforschern höher schlagen. Austrocknende Salzseen dürfte es nämlich nicht nur auf der jungen Erde zuhauf gegeben haben: Raumsonden wiesen nach, dass auch auf dem Mars vor langer Zeit salzige Tümpel existierten. Auf dem staubigen Roten Planeten von heute sind davon nur noch vereinzelte Salzablagerungen geblieben. Aber Einschlüsse aus flüssigem Salzwasser könnten hier Mikroorganismen ein Rettungsboot verschafft haben.

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