Es isst nicht einmal Zucker. Wie wählerisch ist dieser Pilz?

Warum essen Menschen gerne Süßigkeiten? Weil Zucker süß ist. Warum denken die Leute, Zucker sei süß?

Tatsächlich ist der Geschmack keine Eigenschaft des Lebensmittels selbst, sondern wird vollständig von der menschlichen Zunge bestimmt . Manche Menschen empfinden dasselbe Gemüse als bitter, andere nicht. Im Allgemeinen liegt der Grund, warum Menschen etwas für gut halten, darin, dass der menschliche Körper es seit jeher braucht. Natürlich ist „Zuckerüberschuss“ mittlerweile zu einem neuen Problem geworden, doch die Bedeutung des Zuckers selbst für die menschliche Physiologie ändert daran nichts.

Das liegt letztlich daran, dass sich Zucker besonders gut in Energie umwandeln lässt . Alle Lebewesen benötigen ständig Energie, um am Leben zu bleiben, allerdings ist der Energiebedarf relativ gering. Zu starke Energie zerstört die Struktur des Organismus. Daher können Menschen nicht überleben, indem sie Feuer machen oder elektrische Leitungen anschließen.

Zucker ist die beste Energiequelle: Zusammen mit Sauerstoff durchläuft er unter der Katalyse von Dutzenden von Enzymen eine Reihe komplexer chemischer Reaktionen und gibt die enthaltene Energie Stück für Stück für den Menschen frei. In Notsituationen nutzt der menschliche Körper auch andere Chemikalien zur Energiegewinnung, doch im Normalfall ist Zucker immer der Hauptbestandteil. Dies gilt nicht nur für den Menschen, sondern für fast alle Lebewesen auf der Erde.

Copyright-Bilder in der Galerie. Der Nachdruck und die Verwendung können zu Urheberrechtsstreitigkeiten führen.

Neue Erkenntnisse aus der Studie:

Eine Mikrobe, die keinen Zucker isst

Allerdings gibt es in der biologischen Welt immer Ausnahmen. Nature Communications berichtete kürzlich über einen Mikroorganismus namens Helicopteran. Es frisst keinen Zucker und selbst wenn Sie es in Zuckerwasser einweichen, verhält es sich, als ob es nichts sehen würde. Studien haben gezeigt, dass es die Fähigkeit zur Zuckerverstoffwechselung im Körper vollständig verloren hat und im Grunde alle Enzyme verloren hat, die bei anderen Organismen für die Zuckerreaktion verantwortlich sind.

Woher also kommt seine Energie? Es handelt sich um einen sehr obskuren Kanal, die Argininhydrolyse. Dieser Kanal benötigt nur drei Enzyme, aber die Energieeffizienz ist sehr unterschiedlich . Theoretisch kann ein Molekül Glucose in einem lebenden Körper bis zu 38 Portionen Energie produzieren, in der Praxis sind es jedoch meist 30 bis 32 Portionen. Ein Molekül Arginin kann jedoch nur wenig mehr Energie produzieren. Es ist wirklich erstaunlich, dass es mit so einer geringen Menge an Energie überleben kann.

Warum also ist dieser Pilz so energieeffizient? Wahrscheinlich, weil es von anderen Körperteilen alles weggeworfen hat, was weggeworfen werden kann. Dabei gingen nicht nur die meisten der Dutzenden von Enzymen verloren, die für den Glukosestoffwechsel erforderlich sind, sondern auch die meisten anderen wichtigen Komponenten.

Die meisten wichtigen Informationen von Organismen sind in Genen gespeichert. Der menschliche Körper verfügt über mehr als 20.000 Gene, die für die Kodierung von Enzymen und anderen Proteinen verantwortlich sind, und über 10.000 Gene, die für verschiedene regulatorische Funktionen verantwortlich sind. Insgesamt sind das weniger als 40.000 Gene. Und dieses Bakterium verfügt nur noch über 359 Gene, also nur ein Prozent der Gene des Menschen.

Wie überlebt es?

Wie können derart stromlinienförmige Lebewesen überleben? Die Antwort ist , dass es nicht unabhängig lebt, sondern im Inneren einer Tiefsee-Achtkoralle.

Eine Tiefseekoralle und Ophiuroid-Symbionten. Die von den Wissenschaftlern untersuchten Bakterien leben im Inneren ähnlicher Korallen. Bildquelle: Wiki

Die meisten der uns bekannten tropischen Flachmeerkorallen gewinnen Energie durch die Photosynthese symbiotischer Algen in ihrem Körper. Doch in der Tiefsee gibt es fast kein Sonnenlicht und die hier lebenden Korallen sind im Grunde Raubtiere, die sich von anderen winzigen Tieren und organischem Abfall ernähren. Sie enthalten auch andere Organismen. Wir wissen noch immer sehr wenig über diese Lebewesen. Der diesmal entdeckte Pilz ist ein typisches Beispiel.

Was machen Bakterien, wenn sie im menschlichen Körper leben? Ein offensichtlicher Vorteil besteht darin, dass Sie leicht verfügbare Nährstoffe verwenden können, anstatt sie selbst herzustellen. Auch der einfachste, bisher vom Menschen entdeckte, unabhängig lebende Organismus verfügt über 1.100 Gene. Denn solange ein Organismus lebt, muss er einen grundlegenden Stoffwechsel durchführen und eine Reihe grundlegender Körperteile produzieren. Wenn diese Teile jedoch von außen bezogen werden können, besteht keine Notwendigkeit, sie selbst herzustellen.

Für unabhängige Lebewesen ist es äußerst schwierig, diese Teile zufällig im weiten Ozean zu finden, und es besteht überhaupt keine Hoffnung. Wenn es jedoch direkt in anderen Organismen lebt, sind die meisten Teile leicht verfügbar.

Wie ermöglichen Korallen, dass es in ihrem Körper lebt?

Aber Moment mal, ist das nicht einfach nur „Stehlen“ von jemand anderem? Ja, viele parasitäre Mikroorganismen stehlen. Doch in diesem Fall scheinen die Tiefseekorallen und die darin lebenden Bakterien im Einklang zu leben. Der Erstere zeigte keine Anzeichen, es zu vertreiben. Im Allgemeinen bedeutet dies, dass der Pilz im Gegenzug etwas Gutes für die Koralle tut und die Beziehung für beide Seiten von Vorteil ist. Diese Beziehung ist nicht länger parasitär, sondern symbiotisch.

Welchen Nutzen hat dieser Pilz im Gegenzug für die Koralle? Die Forscher sind sich noch nicht ganz sicher, aber das Papier schlägt zwei Möglichkeiten vor: eine ist die Verteidigung und die andere die Abfallentsorgung.

„Abwehr“ bedeutet, dass der Pilz andere Parasiten vertreiben kann. Wissenschaftler haben in Bakterien ein sehr aktives DNA-Schneidesystem namens CRISPR entdeckt. CRISPR ist ein sehr wichtiges Werkzeug zur Genombearbeitung in der modernen Biotechnologie. Seine ursprüngliche Funktion besteht jedoch darin, die Gene des Eindringlings zu zerstören. Vielleicht kann dieses Bakterium CRISPR nutzen, um andere schädliche Parasiten zu eliminieren, und im Gegenzug wird die Koralle dafür verantwortlich sein, das Bakterium mit einigen Nährstoffen zu versorgen. Das ist ein bisschen so, als würde man eine Katze erziehen, um Mäuse zu fangen. Obwohl auch Katzen gefüttert werden müssen, ist der Schaden, den Mäuse anrichten, im Vergleich zu dem, den sie verursachen, unbedeutend.

Mit „Müllentsorgung“ ist die bereits erwähnte Energiequelle der Bakterien gemeint, nämlich Arginin. Die Hydrolyse von Arginin ist eine sehr ineffiziente Energiequelle und dem Verzehr von Zucker weit unterlegen. Es ist vielleicht schwer zu verstehen, warum diese Energie gewählt wurde, aber was wäre, wenn es Absicht war? Was ist, wenn dies im besten Interesse der Korallen ist? Alle Lebewesen müssen Aminosäuren abbauen. Es ist durchaus möglich, dass die Koralle diese Aufgabe an die Bakterien abgegeben hat und die dabei freigesetzte Energie den Bakterien zur Verfügung stellt. Die Bakterien hingegen konzentrieren sich auf den Abbau von Arginin und konkurrieren nicht mit den Korallen um wertvolle Zucker. Auf diese Weise wird es wieder zu einer Win-Win-Situation.

Natürlich müssen die beiden oben genannten Möglichkeiten kein Widerspruch sein.

Bakterien sind die wahren Meister der Biochemie auf der Erde und haben unzählige unvorstellbare biochemische Stoffwechselwege erfunden. Im Vergleich dazu ist der biochemische Stoffwechsel großer Tiere und Pflanzen nahezu gleich. Aus diesem Grund spielen Bakterien in der modernen biologischen Forschung eine äußerst wichtige Rolle. Der seltsame Stoffwechsel dieses Bakteriums kann dem Menschen wahrscheinlich nicht direkt dabei helfen, seinen Zuckerspiegel zu kontrollieren – schließlich ist der Zuckerstoffwechsel zu wichtig, um ihn völlig außer Acht zu lassen –, aber er könnte unser Verständnis biochemischer Prozesse vertiefen und der biologischen Forschung sogar ein wirkungsvolles Instrument bieten.

Pilze haben zwar kein Gehirn, aber die vielen Tricks, die sie im Laufe von Milliarden von Jahren des Ausprobierens entwickelt haben, stehen der Vorstellungskraft des Menschen über Jahrzehnte hinweg nicht unbedingt nach.

Verweise

[1]https://www.nature.com/articles/s41467-024-53855-5

Planung und Produktion

Autor: Fang Gang, ein populärwissenschaftlicher Autor

Gutachter: Tao Ning, Außerordentlicher Professor, Institut für Biophysik, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Planung von Xu Lai

Herausgeber: Yinuo

Korrekturgelesen von Lin Lin

Das Titelbild und die Bilder in diesem Artikel stammen aus der Copyright-Bibliothek

Nachdruck kann zu Urheberrechtsstreitigkeiten führen