Alle paar Jahre erscheinen Urzeitkrebse wie aus dem Nichts und bevölkern nach starken Regenschauern die Pfützen. Die Tiere werden innerhalb weniger Tage nach dem Schlüpfen erwachsen und vermehren sich schnell, bevor ihr Lebensraum wieder austrocknet. Stuttgarter Forscher haben jetzt in einer neuen Studie untersucht, wie die Urzeitkrebse selbst lange Trockenzeiten unbeschadet überstehen – mit erstaunlichen Ergebnissen.
Es gibt eine Reihe von im Wasser lebenden Tieren, die es im Laufe der Evolution gelernt haben, mit verhältnismäßig schnell wechselnden Umweltbedingungen zurecht zu kommen. Besonders in der Gruppe der Krebse haben es einige Vertreter sehr erfolgreich geschafft, ihre Nachkommen als weit entwickelte Embryonen in einer geschützten Eischale lange Trockenzeiten überdauern zu lassen.
Wahre Meister darin sind die Urzeitkrebse der Gattung Triops. Die Mechanismen, die ein solches Eintrocknen ohne zu sterben ermöglichen, sind bisher weitgehend unverstanden.
Urzeitkrebse und Wasserflöhe im Visier
Ralph O. Schill vom Biologischen Institut der Universität Stuttgart beschäftigt sich schon seit einigen Jahren mit verschiedenen trockentoleranten Organismen und hat jetzt erstmals mit Kollegen die Urzeitkrebse Triops longicaudatus, Triops cancriformis und Triops australiensis und die heimischen Wasserflöhe Daphnia magna sowie Daphnia pulex untersucht.
Im Mittelpunkt der Arbeit der Biologen standen Messungen mit der so genannten Dynamischen Differenz-Kaloriemetrie (DSC). Damit lassen sich kleinste Energieänderungen messen, die beispielweise entstehen, wenn feste in flüssige Zustände übergehen.
Glasartiger Zustand nachgewiesen
Seit einiger Zeit gibt es unter Wissenschaftlern die Hypothese, dass sich trockentolerante Organismen durch eine glasartige Matrix, in der keine Kristalle gebildet werden, vor zellulären Schäden schützen.
Einen solchen glasartigen Zustand – eine so genannte Vitrifizierung -, konnte das Forscherteam der Universität Stuttgart jetzt tatsächlich erstmals bei den getrockneten Embryonen der drei Triops-Arten nachweisen. Sobald das biologische Glas bei Temperaturen über 70°C von seinem hochviskosen zu einem gelförmigen Zustand wechselt, geht der Schutz für die Zellen verloren, berichten die Forscher in der Fachzeitschrift „Physiological and Biochemical Zoology“. Entsprechende Energieänderungen haben die Wissenschaftler mit der DSC-Methode gemessen.
Bei den Wasserflöhen dagegen ließ sich den Wissenschaftlern zufolge kein glasartiger Zustand nachweisen. Das erklärt deren schlechtere Fähigkeit zur Überdauerung.
Wie erreichen Urzeitkrebse den Überdauerungszustand?
In einem nächsten Schritt wollen die Forscher nun klären, wie die Urzeitkrebse den glasartigen Zustand erreichen. Den Zucker Trehalose fanden die Biologen bei den Triopsen und bei den Wasserflöhen, allerdings in so geringen Mengen, dass er im Gegensatz zu anderen Krebsembryonen wie den Salzwasserkrebschen Artemia keine Rolle zu spielen scheint.
Eine andere Möglichkeit wären spezifische Proteine, die eine glasartige Matrix ausbilden können. „Die Fähigkeiten getrocknet zu überdauern sind bei den verschiedenen Tiergruppen und -arten vermutlich mehrmals im Laufe der Evolution entstanden“, so Schill. „Umso faszinierender ist es, einen tieferen Einblick zu erhalten und von der Natur die Konservierung des Lebens ab zu schauen, um sie zu einem späteren Zeitpunkt einmal für uns im Bereich der Biotechnologie selber zu nutzen.“ (Physiological and Biochemical Zoology, 2011; doi:10.1086/658499)
(Universität Stuttgart, 02.05.2011 – DLO)
