Bakterien

Mikroorganismen

Bakterien

Viele Menschen zucken zurück, wenn sie hören, dass Bakterien zwischen uns herumgeistern – eine üble Schar krank machender Keime im Anmarsch. Wer aber weiß schon, dass einige Bakterien unsere Körper auch gegen Erreger abschirmen? Unsere Haut etwa ist von einem schützenden Film dieser Winzlinge überzogen. Ohne sie könnten wir nicht überleben. Umgekehrt können aber Bakterien ohne Menschen und Pflanzen sehr gut existieren.

Entstehung des Lebens

Die Erde vor rund vier Milliarden Jahren: Heftige Vulkanausbrüche, Meteoriteneinschläge und Blitze bestimmen die Szenerie. Die enorme Hitze und radioaktive Strahlung treiben chemische Reaktionen voran. Es donnert und kracht. Aus Schwefel und Wasserstoff gehen erste chemische Verbindungen hervor. Auch größere Moleküle bilden sich. Später kommen Aminosäuren und Fette hinzu.

Wie in einem Kochtopf brodelt die Ur-Suppe vor sich hin. Erste langkettige Moleküle umschließen freie Aminosäuren – Prototypen einer Zelle. Es dauert noch eine Weile, bis die Arbeiten in diesen Einschlüssen aufeinander abgestimmt sind wie in einer Fabrik. Vor 3,5 Milliarden Jahren entstehen einfache Bakterien. Sie leben zwischen Feuer und Asche.

Während der folgenden drei Milliarden Jahre kühlt sich die Erde ab, Wasserdampf entsteht und Sauerstoff wird frei. Die Szenerie beruhigt sich. Eine Vielfalt an Zellen ist entstanden.

Aus diesen ursprünglichen Lebensformen müssen sich vor rund 500 Millionen Jahren erste höhere Zellstrukturen gebildet haben. Kaum zu erahnen, dass die Winzlinge den Nährboden für alles weitere Dasein wie Pflanze, Tier und Mensch schaffen.

So etwa stellen sich Wissenschaftler die Entstehung des Lebens auf diesem Planeten vor. Doch alle Prozesse haben sie noch nicht verstanden. Wahrscheinlich werden sie auch nie ganz geklärt werden, weil kaum alle Bedingungen der Ur-Erde im Labor nachgestellt werden können.

Man geht aber davon aus, dass sich Zellen mit echtem Zellkern (Eukaryonten) und Bakterien (Prokaryonten) aus gemeinsamen Vorfahren entwickelt haben. Wie genau, zu welcher Zeit und in welcher Abhängigkeit zueinander das passiert sein soll, weiß man nicht.

Archaeen und Bakterien

Es war gegen Ende der 1970er, als einige Forscher mit einer Sensation an die Öffentlichkeit traten: Sie hatten neues Leben auf unserem Planeten gefunden – in siedenden Schwefelquellen. Was sich niemand vorstellen konnte, war tatsächlich möglich: In beißendem Schwefeldampf kochen winzige Bakterien, die sich erst bei 100 Grad Celsius pudelwohl fühlen.

Wegen ihrer Vorliebe für archaische Standorte, die den Lebensbedingungen der Ur-Erde gleichen, nennt die Wissenschaft diese Lebenskünstler heute Archaebakterien (auch Archaeen).

Mikroskopaufnahme: Auf größeren grünen Archaeen sitzt das kleinere Archaebakterium

Prof. Stetters Urzwerg (rot) "reitet" auf anderem Bakterium

Der "Reitende Urzwerg" Nanoarchaeum equitans ist ein solches Archaebakterium. Es stammt vermutlich aus der Urzeit des Lebens und gilt mit seinen 400 Nanometern (0,4 Tausendstel Millimeter) als kleinstes Lebewesen der Erde. Entdeckt hat es der deutsche Forscher Professor Karl Stetter vor Island.

Der "Zwerg" wächst ausschließlich in kochendem Wasser und lässt sich gerne von Vulkandämpfen benebeln – und er "reitet" stets auf einem anderen Archaebakterium namens "Feuerkugel" (Ignicoccus). Nach und nach förderten die Wissenschaftler immer mehr solch seltsamer Organismen ans Tageslicht.

Im Laufe der Forschung hat sich herausgestellt, dass sich Archaeen erheblich von herkömmlichen Bakterien unterscheiden. Daher trennt man zwischen Archaeen und den klassischen Bakterien, die auch als Eubakterien bezeichnet werden. Im Stammbaum des Lebens zweigen beide Entwicklungslinien vermutlich sehr früh voneinander ab.

Auch wenn beide Gruppen unter Prokaryonten zusammengefasst werden – ihre Stoffwechsel und Lebensformen weichen stark voneinander ab: Die meisten Archaeen betreiben ihre Stoffwechsel mit Schwefel und/oder Wasserstoff. Sauerstoff ist für viele ein Zellgift.

Forschung mit Hindernissen

Die Schwierigkeit in der Erforschung dieser Lebenskünstler liegt in ihrer Vorliebe für extreme Standorte. Die Hitze liebenden unter ihnen drohen schon bei 80 Grad Celsius zu erfrieren. Andere wiederum mögen am liebsten hohe Salzkonzentrationen oder ungeheuer saure Umgebungen. Erst wenn das Labor einer brodelnden Hexenküche gleicht, wird es für diese Kleinen kuschelig.

Mit dem Fortschreiten der Evolution haben Archaeen auch weniger heiße Standorte erschlossen. Einer davon ist unser Körper – aus bakterieller Sicht ein herrlicher Tummelplatz mit vielen Makro- und Mikro-Biotopen: feinste Risse in der Haut, ein riesiger sauerstoffarmer Darm mit unzähligen Einstülpungen und Zotten oder der Mund mit etlichen Vertiefungen und Ausbuchtungen.

Eruption auf dem Meeresboden: Aus zwei schwarzen Löchern steigen Rauchschwaden empor.

Tief unten im Meer an siedenden Quellen kommen Archaeen vor

Auf unseren Zähnen, unter dem Schutzfilm größerer Eubakterien, verkriechen sich Archaeen vor tödlichem Sauerstoff und produzieren fröhlich jenes Biogas, das für die unangenehme Erscheinung verantwortlich ist, mit der einige Mitbürger zu kämpfen haben: Mundgeruch - verursacht durch Methan.

Sogar weit unten im Meer, an sogenannten Schwarzen Rauchern, trifft man auf Archaeen; dort wo das mineralreiche Wasser fast den Siedepunkt erreicht. Sie wachsen unter dem Eis in Alaska 4000 Meter tief in der Erde – wo es Richtung Erdkern wieder heißer wird.

Genau diese Erkenntnis lässt manch einen Forscher vermuten, dass es auch auf dem Mars Bakterien geben kann. Seine Oberfläche ist eisig kalt, während es zum Kern des Planeten glühend heiß wird.

Friedliche Archaeen

Unter den Archaeen sind keine Vertreter bekannt, die Krankheiten auslösen könnten. Infektionen gehen ausschließlich von den klassischen Bakterien aus; darunter sind Pest, Tripper, Cholera, Syphilis, Diphtherie, Typhus, Tuberkulose und Borreliose.

Während die meisten bakteriellen Erreger gegenwärtig bekannt und zum Großteil auch entlarvt sind, schreitet die Bestimmung jenseits der Medizin sehr schleppend voran: Forscher schätzen, dass nicht einmal fünf Prozent aller Bakterien auf unserem Planeten bislang entdeckt worden sind.

Ökologische Bedeutung

Dem ökologischen Nutzen der Archaeen kommt seit ihrer Entdeckung mehr und mehr Bedeutung zu. Zunächst hatte man sie aus vulkanischen Gebieten isoliert, dann auch vom Meeresboden und schließlich aus Habitaten mit hohem Salzgehalt wie dem Toten Meer.

Inzwischen ist ihre Existenz auch im Menschen nachgewiesen. Man vermutet heute, dass Archaeen den Motor im Stoffkreislauf der Erde bilden. So spielen sie wahrscheinlich eine entscheidende Rolle im Schwefel- und Stickstoffkreislauf.

Die klassischen Eubakterien sind Segen und Fluch zugleich. Sie übernehmen Stoffabbau und Recycling, führen organische Substanzen wie Kohlenhydrate und anorganische Verbindungen dem natürlichen Kreislauf wieder zu.

Einige Bakterien binden freien Stickstoff und reichern damit den Boden für das Pflanzenwachstum an. Sie sitzen vor allem an den Wurzeln von Schmetterlingsblütlern wie Klee, Bohne, Erbse und Linse.

Alle Bakterien zusammen zersetzen Tonnen von wieder verwertbarem Material und schaffen so den Nährboden für unser Dasein. Ohne sie wäre die Erde zehn Meter hoch mit Leichen übersät – so drastisch formuliert mancher Wissenschaftler heute ihre ökologische Bedeutung.

Autor: Remo Trerotola

Stand: 19.10.2016, 10:31

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