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Fast wie von einem anderen Planeten

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 03.12.2010 22:51

Mit einer gekonnten Inszenierung hat die US-Raumfahrtagentur Nasa viel Aufmerksamkeit für eine interessante Entdeckung von Mikrobiologen erzeugt. Eine bewusst vage gehaltene Ankündigung für eine Pressekonferenz erzeugte einen Wirbel von Gerüchten im Internet. Die dann auf der Pressekonferenz und zeitgleich in einem Aufsatz in "Science" vorgestellten arsentoleranten Bakterien sind zwar eine mikrobiologische Sensation, aber mit den vorab geschürten Erwartungen konnten sie doch nicht ganz mithalten.

GFAJ-1"Wir haben mit dem, was ich heute präsentiere, eine Tür aufgebrochen und gefunden, dass die Konstanten des Lebens gar nicht so konstant sind." Felisa Wolfe-Simon fand starke Worte, als sie auf einer kurzfristig einberufenen Pressekonferenz der amerikanischen Weltraumagentur Nasa ihre Entdeckung vorstellte: GFAJ-1, ein Mitglied der Halomonadaceae, einer relativ normalen Klasse salztoleranter Bakterien. Hinter dem kryptischen Namen versteckt sich allerdings ein Bakterienstamm mit einer, wenn es denn stimmt, in der bekannten belebten Natur einzigartigen Fähigkeit. Diese Bakterien können tatsächlich gefahrlos das Element Arsen für den Aufbau grundlegender Zellbestandteile nutzen. In ihrem Aufsatz, den die Wissenschaftszeitschrift "Science" online veröffentlichte, erklären Wolfe-Simon und ihre Kollegen, dass GFAJ-1 Arsen in viele wichtige Zellstrukturen einbaue: ins Erbmolekül DNA, in Eiweiße und wohl auch in Lipide, aus denen Zellmembranen und andere Strukturen bestehen. Für alle anderen Lebewesen ist Arsen dagegen ein tödliches Gift, weil es die Prozesse in der Zelle behindert und letztendlich zum Erliegen bringt.

Panorama Mono Lake"Dieses Bakterium hat einen grundlegend verschiedenen Weg zu existieren gefunden und läßt uns jetzt fragen, was sonst noch alles möglich ist", betonte die Wissenschaftlerin. Tatsächlich ersetzt der Bakterienstamm eines der sechs Elemente, auf die nach derzeit noch herrschender Sicht das Leben keinesfalls verzichten kann, durch Arsen. Jedes uns bekannte Lebewesen benötigt Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Schwefel und Phosphor, um seinen Organismus aufzubauen und zu betreiben. GFAJ-1 jedoch hat Phosphor durch Arsen ersetzt. Das ist chemisch gar nicht so weit hergeholt, denn Arsen steht im Periodensystem direkt unterhalb des Phosphor, hat also ähnliche chemische Eigenschaften.

In der Tat beruht seine Giftigkeit genau auf dieser Ähnlichkeit. Es wird in die Enzyme eingebaut, die den Zellstoffwechsel tragen, doch der funktioniert dann nicht richtig und die Zelle stirbt. "Es ist wie mit den Schafen und den Wölfen im Schafspelz", erklärt der Geochemiker Steven Benner von der Foundation of Applied Molecular Evolution, "und die Zellen haben große Schwierigkeiten, die Schafe von den verkleideten Wölfen zu unterscheiden." GFAJ-1 hält sich mit dieser Unterscheidung erst gar nicht auf. Es hat einen Weg gefunden, die Arsen-Wölfe zu zähmen. Perfekt ist der Weg nicht, denn "die Bakterien", gibt Wolfe-Simon zu, "kommen weiterhin besser mit Phosphor zurecht als mit Arsen". Allerdings hat es damit eine Alternative, die der uns bislang bekannte Rest des Lebens nicht hat.

Wolfe-Simon beim BuddelnWolfe-Simon entdeckte die Bakterien in Schlamm des Mono Lake, einem extrem salzhaltigen See im Osten der kalifornischen Sierra Nevada. Sie kultivierte die Bakterien aus der Schlammprobe mit einer extrem einseitigen Diät: Statt dem Nährmedium Phosphat beizumischen, damit die Mikroben ihren Phosphorbedarf stillen können, bot sie Arsenat, das Arsen-Äquivalent, in hohen Dosen an. Nach einiger Zeit sah sie nach, ob irgendetwas in den Petri-Schalen die Giftkur überlebt hatte. Und tatsächlich hatte etwas überlebt und dieses etwas vermehrte sich sogar. Hochauflösende Untersuchungen erwiesen dann, dass die GFAJ-1-Bakterien das Arsen sogar in ihre Erbsubstanz DNA eingebaut hatten.

"Es ist ein außerordentliches Ergebnis", würdigt Benner die Veröffentlichung von Wolfe-Simon, "aber deswegen müssen wir dafür auch außerordentlich gute Beweise verlangen." Und davon scheinen nicht alle Experten überzeugt zu sein. "Das ist ein Schnellschuss", erklärt etwa Johann Heider von der Marburger Philipps-Universität gegenüber der "Zeit", "so wie die dokumentiert sind, kann man einen solchen Organismus nicht bestätigt sehen."  Tatsächlich ist noch völlig unklar, wie GFAJ-1 die giftige Wirkung des Arsens neutralisiert, oder ob das Bakterium auch seine Proteine mit Arsen-Atomen ausstattet.

Landschaft am Mono LakeFelisa Wolfe-Simon will all diese Fragen in Zukunft klären. Wichtig für sie ist, dass es offenbar Organismen gibt, die auch mit anderen Zutaten als den auf der Erde üblichen funktionieren. "Ich hoffe, meine Arbeit zeigt, dass wir experimentell testen und beweisen können, welche anderen Wege Leben gehen kann", erklärt die Biologin. "GFAJ-1 gehört allerdings nicht zu einem anderen Stammbaum des Lebens, sondern zu dem, auf dem auch wir sitzen", betont Co-Autor Paul Davies von der Arizona State University. Dennoch geraten spätestens jetzt die Himmelskörper unseres Sonnensystems in den Blick, auf denen Leben vermutet wird: Titan, Europa und Mars. "Ihre Temperatur ist so viel niedriger als die der Erde", so Steven Benner, "dort könnte die Reaktionsfähigkeit des Arsens gerade erwünscht sein, um Synthesen überhaupt erst zu ermöglichen." Und so erklärt sich auch wieder, warum sich die Nasa so sehr für die Erforschung der Mono-Lake-Bakterien engagiert.

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