Sie sind die heimlichen Herrscher der Meere: Was die Zahl der einzelnen Wesen und deren gesamte Biomasse angeht, sind die erfolgreichsten Lebewesen der Ozeane winzige Einzeller aus einer Bakteriengruppe namens SAR11. Sie zeichnet darüber hinaus eine weitere Besonderheit aus: Sie besitzen das kleinste bekannte Genom aller unabhängigen Zellen. Bisher wurde vermutet, dass sie das gegen den Befall von Viren schützen könnte und sie deshalb so erfolgreich sind. Die Ergebnisse der Forscher um Stephen Giovannoni von der Oregon State University zeigen nun aber: Im Meer wimmelt es von Feinden der SAR11-Bakterien den sogenannten Pelagiphagen. Das Gleichgewicht der beiden Kontrahenten spielt den Forschern zufolge eine fundamentale Rolle für den Stoffkreislauf der Meere und damit auch für die Kohlendioxidmenge, die an die Atmosphäre abgegeben wird.
Obwohl sie die Meere aus biologischer Sicht dominieren, wurden die SAR11-Bakterien erst im Jahr 1990 entdeckt. Giovannoni hatte im Pazifik ein paar Wasserproben genommen und dann im Labor das darin enthaltene Erbgut untersucht. Dabei offenbarte sich: Ein Großteil des Erbmaterials stammte von einer einzigen Organismengruppe – besonders winzigen Bakterien, die es überall zu geben schien und noch dazu in großen Mengen: Unterm Strich würden sie mehr wiegen als sämtliche Fische und Wale in allen Ozeanen zusammen. Die Sequenzierung des Erbguts der skurrilen Mikroben machte dann in den folgenden Jahren klar, dass sie noch einen weiteren Superlativ zu bieten haben: Ihr Genom besteht nur aus 1,3 Millionen Basenpaaren. Damit ist es das kleinste bekannte Erbgut eines Organismus, der sich selbstständig ernähren und fortpflanzen kann.
SAR11-Bakterien ernähren sich im Meerwasser von organischen Substanzen, binden sie dadurch, setzen aber gleichzeitig auch große Mengen Kohlendioxid frei. Sie sind damit ein fundamentaler Bestandteil des Kohlenstoff-Kreislaufs der Erde. Außerdem liefern sie Meeresalgen Nährstoffe, die diese für ihr Wachstum benötigen. Die Algen bilden wiederum das Fundament der Nahrungskette im Ozean und produzieren durch die Photosynthese die Hälfte des Sauerstoffes in der Erdatmosphäre. Die Bedeutung der SAR11-Bakterien für die Stoffkreisläufe der Erde ist also gewaltig, betonen die Forscher.
Viren mit Appetit auf Meeresbakterien
“In der Regel ist jede lebende Zelle anfällig für virale Infektionen”, sagte Giovannoni. Weil bisher aber keine Viren bekannt waren, die SAR11-Bakterien befallen, und auch wegen ihrer enormen Populationsdichte, glaubten manche Forscher, dass die Mikroben immun gegen die genetischen Piraten seien. Der fundamentale Unterschied zwischen Viren und Bakterien ist, dass erstere keinen eigenen Stoffwechsel besitzen und sich nicht selbstständig vermehren können. Sie sind immer auf das Leben anderer angewiesen: Wie kleine Raumschiffe transportieren Viren die Erbinformation ihres eigenen Bauplans von einer Zelle zur nächsten. Nachdem es seinen Bauplan in das Erbgut des Opfers eingeschleust hat, zwingt das Virus die befallene Zelle zur Produktion von weiteren Virus-Partikeln, die dann erneut auf Reise gehen.
Die Forscher konnten nun also zeigen, dass auch die heimlichen Herrscher der Meere von diesen Erregern nicht verschont werden. Durch Laboruntersuchungen kamen sie den Viren der SAR11-Bakterien auf die Spur. Sie nannten sie Pelagiphagen. “Die Viren scheinen genauso häufig zu sein wie die SAR1-Bakterien selbst”, sagte Giovannoni. Sie töten ständig Unmengen von ihnen. Offenbar sind die SAR11-Bakterien aber in der Lage, sich an die Bedrohung anzupassen und dadurch ihre Population stabil zu halten, sagen die Forscher. Es gibt also demnach ein ständiges Wettrüsten zwischen den Meeresbakterien und ihren viralen Feinden. Das Wissen über dieses Zusammenspiel sei ein wichtiges Puzzleteil beim Verständnis der Stoffkreisläufe im Ozean. Das Gleichgewicht im Kampf zwischen SAR11-Bakterien und Pelagiphagen beeinflusst letztendlich alles Leben auf unserem Planeten, resümieren die Wissenschaftler.
Stephen Giovannoni (Oregon State University) et al.: Nature, doi:10.1038/nature11921 © wissenschaft.de Martin Vieweg
