Im Jahr 2009 erhielt der Biologe Dan Lahr eine faszinierende E-Mail von einem anderen Forscher. Sie enthielt ein Foto eines seltsamen Organismus. Der Forscher hatte die Mikrobe in einer Flussaue in Zentralbrasilien entdeckt. Ihre gelblich-braune Hülle hatte eine charakteristische, dreieckige Form.
Die Form erinnerte Lahr an den Hut des Zauberers in den Herr der Ringe-Filmen. „Das ist der Hut von Gandalf“, erinnert er sich.
Lahr ist Biologe an der Universität von São Paulo in Brasilien. Er erkannte, dass es sich bei der einzelligen Lebensform um eine neue Art von Amöbe (Uh-MEE-buh) handelte. Manche Amöben haben eine Schale, wie diese hier. Sie können diese Schalen aus Molekülen bauen, die sie selbst herstellen, z. B. aus Proteinen. Andere verwenden Material aus ihrer Umgebung, z. B. Mineralien und Pflanzen. Wieder andere Amöben sind „nackt“, d. h. sie haben keine Schale. Um mehr über die neu entdeckte Amöbe zu erfahren, benötigt Lahr weitere Exemplare.
Zwei Jahre später schickte ihm ein anderer brasilianischer Wissenschaftler Bilder der gleichen Art aus einem Fluss. Doch der große Wurf kam 2015. Damals schickte ihm ein dritter Wissenschaftler eine E-Mail. Diese Forscherin, Jordana Féres, hatte ein paar Hundert der dreieckigen Amöben gesammelt. Das war genug für sie und Lahr, um eine detaillierte Studie der Art zu beginnen.
Sie untersuchten die Mikroben unter dem Mikroskop. Sie fanden heraus, dass die Amöbe ihre hutförmige Hülle aus Proteinen und Zuckern aufbaut, die sie selbst herstellt. Die große Frage ist, warum die Mikrobe diese Hülle braucht. Vielleicht bietet sie Schutz vor den schädlichen ultravioletten Strahlen der Sonne. Lahr nannte die Art Arcella gandalfi (Ahr-SELL-uh Gan-DAHL-fee).
Lahr vermutet, dass noch viele weitere Amöbenarten auf ihre Entdeckung warten. „Die Leute suchen einfach nicht“, sagt er.
Wissenschaftler wissen immer noch wenig über Amöben. Die meisten Biologen untersuchen Organismen, die entweder einfacher oder komplexer sind. Mikrobiologen zum Beispiel konzentrieren sich oft auf Bakterien und Viren. Diese Mikroben haben einfachere Strukturen und können Krankheiten verursachen. Zoologen ziehen es vor, größere, vertrautere Tiere wie Säugetiere und Reptilien zu untersuchen.
Amöben wurden weitgehend „ignoriert“, bemerkt Richard Payne. Er ist Umweltwissenschaftler an der Universität von York in England. „
Aber wenn Wissenschaftler einen Blick auf diese seltsamen kleinen Organismen werfen, finden sie große Überraschungen. Die Nahrung von Amöben reicht von Algen bis zu Gehirnen. Einige Amöben tragen Bakterien in sich, die sie vor Schaden schützen. Andere „züchten“ die Bakterien, die sie gerne essen. Und wieder andere spielen möglicherweise eine Rolle bei der Veränderung des Klimas auf der Erde.
Was steht auf der Speisekarte? Pilze, Würmer, Gehirne
Auch wenn man sie nicht sehen kann, sind Amöben überall. Sie leben im Boden, in Teichen, Seen, Wäldern und Flüssen. Wenn du im Wald eine Handvoll Erde aufwirbelst, enthält sie wahrscheinlich Hunderttausende von Amöben.
Aber diese Amöben sind nicht unbedingt alle eng miteinander verwandt. Das Wort „Amöbe“ beschreibt eine Vielzahl von Einzellern, die auf eine bestimmte Weise aussehen und sich verhalten. Einige Organismen sind nur für einen Teil ihres Lebens Amöben. Sie können zwischen einer Amöbenform und einer anderen Form hin- und herwechseln.
Wie Bakterien haben Amöben nur eine Zelle. Aber hier endet die Ähnlichkeit. Zum einen sind Amöben eukaryotisch (Yoo-kair-ee-AH-tik). Das bedeutet, dass ihre DNA in einer Struktur namens Zellkern (NEW-klee-uhs) verpackt ist. Bakterien haben keinen Zellkern. In mancher Hinsicht sind Amöben menschlichen Zellen ähnlicher als Bakterien.
Auch im Gegensatz zu Bakterien, die ihre Form behalten, sehen Amöben ohne Schale wie Kleckse aus. Ihre Struktur ändert sich häufig, sagt Lahr. Er nennt sie „Formwandler“
Ihre Kleckrigkeit kann sich als nützlich erweisen. Amöben bewegen sich mit Hilfe von wulstigen Teilen, die Pseudopodien (Soo-doh-POH-dee-uh) genannt werden. Der Begriff bedeutet „falsche Füße“. Dies sind Verlängerungen der Zellmembran. Eine Amöbe kann sich mit einem Pseudopodium an einer Oberfläche festhalten und damit vorwärts krabbeln.
Pseudopodien helfen Amöben auch beim Essen. Eine ausgestreckte Pseudopodie kann die Beute einer Amöbe verschlingen. Dadurch kann diese Mikrobe Bakterien, Pilzzellen, Algen und sogar kleine Würmer verschlucken.
Einige Amöben fressen menschliche Zellen und verursachen dadurch Krankheiten. Im Allgemeinen verursachen Amöben nicht so viele menschliche Krankheiten wie Bakterien und Viren. Dennoch können einige Arten tödlich sein. Zum Beispiel kann eine Art namens Entamoeba histolytica (Ehn-tuh-MEE-buh Hiss-toh-LIH-tih-kuh) den menschlichen Darm infizieren. Dort angekommen, „fressen sie einen förmlich auf“, sagt Lahr. Die Krankheit, die sie verursachen, tötet jedes Jahr Zehntausende von Menschen, vor allem in Gegenden, in denen es kein sauberes Wasser oder Abwassersystem gibt.
Die bizarrste Krankheit, die von einer Amöbe verursacht wird, betrifft die Art Naegleria fowleri (Nay-GLEER-ee-uh FOW-luh-ree). Ihr Spitzname ist die „hirnfressende Amöbe“. Sehr selten infiziert sie Menschen, die in Seen oder Flüssen schwimmen. Aber wenn sie in die Nase gelangt, kann sie ins Gehirn wandern, wo sie sich von Gehirnzellen ernährt. Diese Infektion ist in der Regel tödlich. Die gute Nachricht: Wissenschaftler wissen von nur 34 US-Bürgern, die sich zwischen 2008 und 2017 infiziert haben.
Ein winziger Dosenöffner
Ein Wissenschaftler namens Sebastian Hess hat vor kurzem die Tricks entdeckt, die einige Amöben beim Essen anwenden. Er studiert eukaryotische Mikroben in Kanada an der Dalhousie University. Das ist in Halifax, Nova Scotia. Hess liebt es seit seiner Kindheit, winzige Tiere durch ein Mikroskop zu beobachten.
Vor zehn Jahren durchbrach Hess das Eis eines zugefrorenen Teiches in Deutschland. Er entnahm eine Wasserprobe und nahm sie mit in sein Labor. Unter dem Mikroskop sah er etwas Seltsames. Grüne Kugeln schlängelten sich wie winzige Blasen in Strängen von Grünalgen. Er hatte „keine Ahnung“, was die Kugeln waren. Also mischte Hess die Algen, die die grünen Kugeln enthielten, mit anderen Algen. Die wackelnden Kugeln sprangen aus den Algen heraus und begannen zu schwimmen. Kurz darauf fielen sie in andere Algenstränge ein.
Hess erkannte, dass es sich bei den grünen Kugeln um Mikroben handelt, die Amöbenflagellaten (Uh-MEE-buh-FLAH-juh-laytz) genannt werden. Das bedeutet, dass sie zwischen zwei Formen wechseln können. In der einen Form schwimmen oder gleiten sie mit schwanzähnlichen Strukturen, die Geißeln (Fluh-JEH-luh) genannt werden. Wenn die Schwimmer Nahrung finden, verwandeln sie sich in Amöben. Ihre Form wird weniger starr. Anstatt zu schwimmen, beginnen sie nun, an einer Oberfläche entlang zu kriechen.
Durch das Mikroskop beobachtete Hess, wie eine dieser Amöben ein Loch in eine Algenzelle schnitt. Die Amöbe quetschte sich hinein. Dann fraß sie die Innereien der Alge. Danach teilte sich die Amöbe und machte Kopien von sich selbst. Das waren die wackelnden grünen Kugeln, die Hess zuvor gesehen hatte. Die neuen Amöben bohrten weitere Löcher in die Algenzelle. Einige drangen in die benachbarte Zelle des Algenstrangs ein. Andere entkamen. Hess nannte die Art Viridiraptor invadens (Vih-RIH-dih-rap-ter in-VAY-denz).
Er fand eine ähnliche Art in einem Moor. Auch sie ist ein Amöbenflagellat, aber sie krabbelt nicht in Algen. Stattdessen schnitt sie einen C-förmigen Spalt in eine Algenzelle. Hess vergleicht diese Amöbe mit einem „Dosenöffner“. Die Amöbe hob dann den „Deckel“ an und griff mit ihrer Pseudopodie in das Loch. Sie verschlang das Material, das sie aus der Zelle zog. Hess nannte diese Art Orciraptor agilis (OR-sih-rap-ter Uh-JIH-liss).
Kürzlich entdeckte er Hinweise darauf, wie sich diese beiden Amöbenflagellaten in Algen einhacken. Beide scheinen Hilfe von einem Protein namens Aktin (AK-tin) zu bekommen. Menschliche Zellen verwenden dasselbe Protein, um sich zu bewegen.
In Amöbenflagellaten bildet Aktin ein Netz. Es hilft der Zelle, einen Pseudopod zu bilden. Das Netz kann auch dazu beitragen, dass sich die Pseudopode an Algen festhält. Aktin kann sich mit anderen Proteinen in der Zellmembran der Mikrobe verbinden, die sich an den Wänden der Algenzellen festsetzen können. Actin kann sogar dabei helfen, andere Proteine – Enzyme – zu steuern, die die Zellwände der Algen durchschneiden können.
Die Ergebnisse der Studien von Hess und seinen Kollegen lassen vermuten, dass diese scheinbar einfachen Amöben weitaus fortschrittlicher sind, als es zunächst schien. Man könnte sie sogar als einzellige Ingenieure betrachten. „In Bezug auf ihr Verhalten“, sagt Hess, „sind sie einfach superkomplexe Organismen.“
Bakterielle Freunde
Die Beziehung zwischen Amöben und Bakterien ist noch komplizierter.
Debra Brock ist Biologin an der Washington University in St. Louis, Mo. Sie untersucht eine Amöbe namens Dictyostelium discoideum (Dihk-tee-oh-STEE-lee-um Diss-COY-dee-um). Viele bezeichnen sie einfach als Dicty. Diese bodenbewohnenden Organismen ernähren sich von Bakterien.
Dicty leben normalerweise allein. Aber wenn die Nahrung knapp ist, können sich Zehntausende zu einer Kuppel zusammenschließen. Normalerweise nimmt die Kuppel eine schneckenartige Form an. Diese Schnecke – in Wirklichkeit sind es Tausende von einzelnen Amöben, die sich zusammenschließen – kriecht zur Bodenoberfläche.
Am Ziel angekommen, bildet die Schnecke eine Pilzform. Die Amöben an der Spitze des „Pilzes“ umgeben sich mit einem harten Mantel. Diese beschichtete Form wird als Spore bezeichnet. Insekten, Würmer oder größere Tiere, die über diese Sporen streichen, können sie unwissentlich an neue Orte transportieren. Später brechen die Sporen auf und ermöglichen es den Amöben im Inneren des Mantels, an diesem neuen Ort nach Nahrung zu suchen.
Einige Dicty bringen Bakterien als Nahrung mit. Sie tragen die Bakterien in sich selbst, ohne sie zu verdauen. Es ist „wie eine Lunchbox“, erklärt Brock. Dabei bekommen die Amöben Hilfe von einer anderen Gruppe von Bakterien, die sie nicht fressen können. Diese Hilfsmikroben leben ebenfalls in den Amöben. Die Helfer verhindern, dass die Nahrungsbakterien verdaut werden, so dass die Amöben sie für später aufbewahren können.
Wissenschaftler nennen die Bakterien tragenden Amöben „Farmer“. Die Forscher vermuten, dass die Amöben, wenn sie ein neues Zuhause erreichen, die Nahrungsbakterien in den Boden ausspucken. Diese Bakterien teilen sich dann und bilden weitere Bakterien. Es ist so, als ob die Amöben Samen mit sich führen und sie einpflanzen, um mehr Nahrung zu produzieren.
Kürzlich entdeckten Forscher, dass die Amöbenschnecke sich mit speziellen Zellen schützt, während sie reist. Bei diesen Zellen handelt es sich ebenfalls um Dicty-Amöben. Sie sind als Wächterzellen bekannt und nehmen Bakterien und giftige Substanzen auf, die den anderen Amöben schaden könnten. Wenn das erledigt ist, lässt die Schnecke ihre Wächterzellen zurück.
Brock fragte sich, was diese Erkenntnis für die Dicty-Bauern bedeutet. Die Bauern würden nicht wollen, dass Sentinel-Zellen ihre bakterielle Nahrung töten. Hatten die Farmer also weniger Wächterzellen als die Nicht-Farmer?
Um das herauszufinden, ließ Brocks Team Amöbenschnecken im Labor entstehen. Einige Schnecken waren alle Bauern. Andere waren alle Nicht-Landwirte. Die Forscher färbten die Wächterzellen und ließen die Schnecken dann über eine Laborschale wandern. Anschließend zählten die Forscher, wie viele Sentinel-Zellen sie zurückgelassen hatten. Wie erwartet hatten die Schnecken von Landwirten weniger Wächterzellen.
Die Wissenschaftler fragten sich, ob die Landwirte dadurch einem größeren Risiko durch giftige Chemikalien ausgesetzt waren. Um dies zu testen, setzte Brock Landwirte und Nicht-Landwirte einer giftigen Chemikalie aus. Die Landwirte konnten sich trotzdem fortpflanzen. Tatsächlich ging es ihnen besser als den Nicht-Landwirten.
Brock glaubt nun, dass einige der Bakterien, die die Landwirte in sich trugen, dabei halfen, die giftigen Chemikalien abzuwehren. Diese Bakterien könnten die Chemikalien abbauen. Landwirte haben also zwei Waffen gegen giftige Bedrohungen: Wächterzellen und bakterielle Freunde.
Eine Verbindung zum Klimawandel?
Hess und Brock untersuchen nackte Amöben. Payne ist von denen mit Schalen fasziniert. Diese schlauen Mikroben, Testat-Amöben (TESS-tayt) genannt, können viele Arten von Schalen herstellen. Diese Hüllen können Scheiben, Schalen und sogar Vasen ähneln. Einige sind „fantastisch schön“, sagt Payne.
Viele Testat-Amöben leben in Lebensräumen, die Torfmoore genannt werden. Diese Standorte sind normalerweise feucht und sauer. Aber im Sommer kann der Torf austrocknen. Payne glaubt, dass Muscheln die Amöben in einem Moor während dieser Dürreperioden schützen könnten.
Diese torfbewohnenden Amöben sind nicht nur Kuriositäten, sondern spielen möglicherweise eine wichtige Rolle in der Umwelt, sagt Payne. In Torfmooren sammeln sich teilweise verfaulte Pflanzen an. Bakterien fressen diese Pflanzen und setzen dabei Kohlendioxidgas frei. In der Atmosphäre kann dieses Treibhausgas die globale Erwärmung fördern. Moor-Amöben fressen diese Bakterien. Auf diese Weise können die Amöben eines Moors beeinflussen, wie groß die Rolle ist, die Torfgebiete bei der globalen Erwärmung spielen.
Payne und seine Kollegen untersuchten ein Torfmoor in China, in dem ein Waldbrand ausgebrochen war. Mit der Erwärmung des Klimas könnten Waldbrände häufiger werden. Daher wollten die Wissenschaftler wissen, wie sich das Feuer auf die Testat-Amöben des Moors auswirkt.
Paynes chinesische Kollegen nahmen Proben aus verbrannten und nicht verbrannten Teilen des Moors. Dann analysierte das Team die Unterschiede zwischen zwei Arten von Testat-Amöben. Die eine bildet ihre Schale aus Trümmern wie Sandkörnern und Pflanzenresten. Die andere Art baut eine glasartige Schale aus einem Mineral namens Siliziumdioxid.
In nicht verbrannten Bereichen fanden die Wissenschaftler ähnlich viele Amöben beider Arten. Die verbrannten Stellen enthielten jedoch viel mehr Amöben, deren Schalen aus Sand und Schutt bestanden. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Feuer mehr Amöben mit Kieselschalen zerstört hat.
Payne weiß noch nicht, was das für den Klimawandel bedeutet. Es ist nicht klar, ob die Verschiebung der Amöben dazu führt, dass Torfmoore mehr oder weniger Kohlenstoff freisetzen. Der Prozess ist „äußerst kompliziert“, sagt er.
Viele andere Details über Amöben bleiben unbekannt. Wie viele Arten gibt es? Warum haben einige eine Schale? Wie beeinflussen Amöben die Anzahl anderer Mikroben in bestimmten Teilen der Umwelt? Wie beeinflussen sie das Ökosystem um sie herum, z. B. Pflanzen?
Wissenschaftler haben genug Fragen über Amöben, um sich lange Zeit damit zu beschäftigen. Das ist auch der Grund, warum Forscher wie Payne diese Organismen so faszinierend finden. Außerdem, sagt er, „sind sie einfach richtig cool.“
