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Die Psychrophilen mögen es kalt

Biochemische Strategien zum Überleben im Gefrierschrank

Die größten Überlebenskünstler von allen Lebewesen sind immer noch die Bakterien. Ob heiß oder eiskalt, salzig oder andere extreme Umweltbedingungen, die Mikroben haben jeden noch so ungastlichen Lebensraum besiedelt. Darum ist es nicht verwunderlich, dass sie auch im Meereis zuhause sind.

Minusgrade erwünscht

Dort herrschen Temperaturen von 0 bis minus 26 Grad Celsius. Mikroorganismen, die bei diesen tiefen Temperaturen gedeihen, nennen die Biologen psychrophil. Dabei handelt es sich um solche Bakterien, die tiefe Temperaturen zwingend benötigen und am besten bei Temperaturen unter zehn Grad Celsius wachsen. Oberhalb einer gewissen Temperatur stellen sie ihr Wachstum ein oder sterben sogar ab, weil es ihnen zu „heiß“ ist. Von ihnen werden die psychrotoleranten Bakterien unterschieden, die zwar bei niedrigeren Temperaturen wachsen können, es aber lieber wärmer mögen und ihr Temperaturoptimum zwischen 25 und 35 Grad Celsius haben.

Es gibt unzählige Arten von Eisbakterien, die sich im Meereis breitgemacht haben. Viele von ihnen sind noch gar nicht beschrieben. Eine gut charakterisierte Art ist Polaromonas vacuolata, der man schon am Namen ansieht, wo sie vorkommt. Polaromonas gedeiht am besten bei Temperaturen um vier Grad Celsius und stellt bei zwölf Grad das Wachstum ein.

Flexible Enzyme

Die tiefen Temperaturen stellen nicht nur die Bakterien, sondern auch die anderen Eisbewohner vor Probleme. Bei den kälteliebenden Mikroben wurden die biochemischen Anpassungen aber erst in letzter Zeit untersucht. Damit die Proteine auch bei niedrigen Temperaturen noch funktionieren und wichtige Stoffwechselprozesse ablaufen können, verfolgen die Eisbakterien eine grundlegend andere Strategie als Bakterien, die in heißen Quellen leben. Versuchen letztere, die Struktur der Proteine möglichst starr zu halten, so sind die Psychrophilen bestrebt, die Flexibilität ihrer Eiweiße zu maximieren. Zudem sind die Proteine der kälteliebenden Bakterien polarer und weniger hydrophob, das heißt wasserabweisend, als die ihrer Kollegen am anderen Ende der Temperaturskala. Auch diese Eigenschaften dienen einer erhöhten Flexibilität. Zudem haben die Enzyme von Psychrophilen viel niedrigere Temperaturoptima, das bedeutet, dass sie ihre volle Effektivität schon bei tiefen Temperaturen entfalten können.

Dynamische Membranen durch „Margarinen-Effekt“

Die Meereis-Bakterien haben bei niedrigen Temperaturen zunehmend Probleme, Nährstoffe über ihre Zellmembranen zu transportieren, da diese bei Kälte weniger dynamisch werden. Daher regulieren die Mikroben die chemische Zusammensetzung ihrer Membranen, indem sie den Grad der Sättigung und die Länge der Fettsäuren verändern. So wie Margarine mit ihrem höheren Gehalt an ungesättigten Fettsäuren im Kühlschrank weicher bleibt als Butter, halten die Bakterien ihre Membranen fluide, um auch noch bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes Transportvorgänge zu ermöglichen.

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Die kälteliebenden Mikroben des Meereises werden intensiv von der Industrie erforscht. Wenn es möglich wäre, die Eigenschaften ihrer Enzyme und Proteine auf andere Eiweiße zu übertragen, könnte die Lebensmittelindustrie beispielsweise Enzyme künstlich herstellen, die im Kühlschrank noch aktiv sind. Eine andere Anwendung wären Waschmittel, die auch bei niedrigen Temperaturen noch eine hohe Waschkraft haben.

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Stand: 27.12.2000

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Meereis
Wimmelndes Leben in salzigen Kanälen

Mit Satelliten und U-Booten
Die Verbreitung des Meereises

Von Körnchen und Pfannkuchen
Wie entsteht Meereis?

Ein riesiger Filter
Wodurch sammeln sich die Organismen im Eis?

Kalt, dunkel und salzig
Die Lebensbedingungen im Eis

Der heimliche Herrscher im Meereis
Die Kieselalgen

Überleben im Meereis
Der Diatomeen-Trick: Optimale Anpassung an eisige Kälte

Giftblüte und Meeresleuchten
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Winzige Jäger mit Schneckengehäuse
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