Dinoflagellaten sind weder Pflanzen noch Tiere – und geben nicht nur deshalb Wissenschaftlern viele Rätsel auf. Während die meisten dieser Einzeller völlig harmlos sind, gehören einige von ihnen zu den giftigsten Lebewesen überhaupt. Jetzt haben Wissenschaftler unerwartet enge Verwandtschaftsbeziehungen zwischen harmlosen Kalk-Dinoflagellaten und einer hochgiftigen „Killeralge“ entdeckt.
Einige der „wirbelnden Peitschenträger“ ernähren sich von anderen Einzellern oder führen gar ein Dasein als Parasit, während die Mehrzahl „normalen“ grünen Algen ähnelt. Genauso unterschiedlich können sie auch hinsichtlich ihrer Ökologie sein: Manche Dinoflagellaten produzieren Toxine, die zu den giftigsten natürlichen Substanzen überhaupt zählen, andere sind völlig ungefährlich. Paläontologen der Freien Universität (FU) Berlin haben jetzt in Kooperation mit Geowissenschaftlern der Universität Bremen herausgefunden, dass die ansonsten harmlosen Kalk-Dinoflagellaten, also Algen mit kalkigen Außenskeletten, eng mit der als „Killeralge“ bekannten Pfiesteria verwandt sind – obwohl diese selber keine kalkigen Strukturen ausbildet. Kann es sein, dass in diesem Fall Kalk und Gift aus ein und derselben Quelle stammen?
„Es ist gut möglich, dass der entsprechende Stoffwechsel von Kalk- Dinoflagellaten und Pfiesteria tatsächlich denselben Ursprung hat“, meint FU-Paläontologe Dr. Marc Gottschling. „Denn die nahe Verwandtschaft der beiden Algengruppen ist schon erstaunlich – vor allem deshalb, weil sie auf den ersten Blick sehr unterschiedlich sind: Die Kalk-Dinoflagellaten bilden mitunter bizarr geformte kalkige Strukturen aus, sind aber harmlos, während die Killeralge recht unscheinbar aussieht, dafür aber umso schädlicher ist.“
DNA-Sequenz verriet Verwandtschaft
Die Geowissenschaftler um Professor Helmut Keupp haben mithilfe moderner DNA-Methoden die nahe Verwandtschaft von Kalk-Dinoflagellaten und Killeralgen herausgefunden. Im Rahmen eines Forschungsprojektes haben sie dazu mehrere hundert Stämme von kalkigen Dinoflagellaten untersucht und dabei einzelne DNA-Sequenzen generiert. Diese Sequenzen haben sie in „Blast Search“, einer Suchmaschine für die Bioinformatik, eingegeben und die dazu ähnlichsten, bereits bekannten Sequenzen recherchiert – und sind so unter anderem auf die Killeralge gestoßen.
Wie und warum manche Dinoflagellaten kalkige Strukturen ausbilden, wissen die Forscher noch nicht. Sie wissen jedoch, dass die Dinoflagellaten die dazu benötigten Stoffe Kalzium und Karbonat aus dem sie umgebenden Wasser ziehen. Das langfristige Ziel der FU- Paläontologen ist es, diesen Vorgang auch auf zellulärer Ebene zu analysieren und herauszufinden, wie der jeweilige Stoffwechsel funktioniert. Immerhin ist bekannt, dass das Gift der Killeralge Pfiesteria eine Erhöhung der Kalzium-Konzentration in der Zelle zur Folge hat. „Inwieweit nun aus der nahen Verwandtschaft zwischen Pfiesteria und den Kalk-Dinoflagellaten Zusammenhänge im Stoffwechsel dieser Algen abgeleitet werden können, ist noch nicht klar“, erklärt Marc Gottschling.
Entwicklungsgeschichte soll Rätsel lösen
Möglicherweise könne aber die Evolutionsbiologie dazu beitragen, die Entstehung ökologisch aggressiver und ökonomisch schädlicher Organismen zu erklären. „Wenn wir wüssten, warum und wodurch sich die Killeralge aus schadlosen Dinoflagellaten als gefährliches Wesen entwickeln konnte, hätten wir einen Ansatz, um mögliche Bekämpfungsstrategien oder -mittel gegen sie zu finden – die möglicherweise auch gegen andere schädliche Dinoflagellaten eingesetzt werden könnten.“
Das wäre auch für den Menschen von Vorteil: Denn genauso komplex und vielfältig wie die Biologie der Dinoflagellaten ist auch ihr Einfluss auf den Menschen. Sie gehören zu den wichtigsten Primärproduzenten im Meer und bilden damit die Nahrungsgrundlage für Krebse, Muscheln und Fische. Die schädlichen Dinoflagellaten-Arten, die Toxine produzieren, stellen für die Umwelt eine ernste Gefahr dar – vor allem dann, wenn die Giftstoffe konzentriert in den Algenblüten auftreten. Die Meeresfrüchte und Fische, die sich von diesen Algen ernähren, reichern die Toxine in ihren Körpern an und können so auch für den Menschen gefährlich werden.
“Lebende Fossilien“ bisher kaum untersucht
Den wenigen bislang bekannten heute lebenden Vertretern von Kalk- Dinoflagellaten, etwa 30 Arten, steht eine große Zahl von etwa 200 beschriebenen paläontologischen Arten gegenüber. „Diese Diskrepanz ist allerdings nicht darauf zurückzuführen, dass die Gruppe – wie beispielsweise die Echsen unter den Wirbeltieren – in früheren erdgeschichtlichen Zeiten eine größere Bedeutung hatte als heute“, sagt Gottschling. „Vielmehr kennt man zahlreiche, vermeintlich ausschließlich fossile Arten aus geologisch sehr jungen Sedimenten oder sogar aus dem heutigen Ozeangrund.“ Die bisherige Dominanz von Forschungsgebieten im hohen Ozean hat auch dazu beigetragen, dass diese zumeist küstennahen ‚lebenden Fossilien‘ bislang nicht in einem Zuchtlabor angezogen wurden, um sie mit modernen Methoden zu untersuchen.
Das möchten die Paläontologen der Freien Universität Berlin jetzt ändern und planen deshalb eine gezielte Suche nach diesen Algen im Mittelmeer und im Atlantik vor Südamerika, wo diese lebenden Fossilien auch heute noch vorkommen. „Wir versprechen uns von den Untersuchungen weitere interessante neue Einsichten in die Stammesgeschichte dieser bedeutenden, trotzdem aber noch relativ unbekannten Organismengruppe“, so Gottschling. Mit einem selbst entwickelten Prototyp eines raketenartigen Schwerelots und einer abnehmbaren Probenkammer haben die FU-Forscher bereits in Skandinavien zahlreiche Arten von Kalk- Dinoflagellaten gefunden.
(Freie Universität Berlin, 20.07.2005 – NPO)
