0,1 mm großer „Bär“ soll Menschen helfen, die Raumfahrt zu realisieren

Autor: Duan Yuechu und Huang Xianghong

Unter einem Elektronenmikroskop sichtbare Bärtierchen haben einen Durchmesser von weniger als 0,1 mm. STEVE GESHMEISSNER/SCIENCE PHOTO LIBRARY

Im Mai 2024 erregte ein von Megan Bartels verfasster Forschungsbericht über Bärtierchen in der renommierten Zeitschrift Scientific American große Aufmerksamkeit in der wissenschaftlichen Gemeinschaft.

Bärtierchen, diese winzigen Lebewesen mit einem Durchmesser von weniger als 0,1 mm, haben niedliche Namen: Wasserbär und Moosferkel. Sie sind auf der ganzen Welt für ihr charmantes, pummeliges Aussehen, ihren einzigartigen Namen und ihre erstaunliche Anpassungsfähigkeit an extreme Bedingungen bekannt. „Sie sind Meister darin, sich selbst zu schützen“, sagte Derrick Kolling, Chemiker an der Marshall University.

Kolin und seine Kollegen, darunter der Chemiker Leslie Hicks von der University of North Carolina in Chapel Hill, haben eine bahnbrechende Studie begonnen, deren Ziel es ist, einen Schlüsselmechanismus aufzudecken, der Bärtierchen so unzerstörbar macht.

Diese Forschung begann mit einem zufälligen Versuch von Colin. Er platzierte ein Instrument zum Nachweis „freier Radikale“ in der für den Test verwendeten Maschine. Freie Radikale werden in den Zellen von Tieren während normaler Stoffwechselprozesse und als Reaktion auf Umweltstressoren wie Schadstoffe wie Rauch produziert, und er spekuliert, dass Flammschutzmittel ebenfalls solche Moleküle produzieren könnten.

Wenn sich freie Radikale ansammeln, stehlen sie Elektronen aus ihrer Umgebung, um Stabilität zu erreichen. Dieser Prozess wird Oxidation genannt und kann Zellen und Verbindungen im Körper schädigen. Hicks‘ Forschung hat jedoch gezeigt, dass kleine Mengen freier Radikale auch als Signalmoleküle wirken können, deren Kontakt oder Ablösung von verschiedenen Proteinen das Verhalten von Zellen beeinflussen kann.

Als Colin Hicks von seiner Beobachtung freier Radikale bei Bärtierchen erzählte, arbeiteten sie gemeinsam an der Entwicklung einer Reihe von Experimenten. Die Bärtierchen wurden vorübergehend stressauslösenden Bedingungen ausgesetzt, die freie Radikale produzieren, wie etwa einem hohen Salz-, Zucker- und Wasserstoffperoxidgehalt. Unter diesen Belastungen rollen sich Bärtierchen in einen vorübergehenden, schützenden Ruhezustand zusammen, der als „Tun“ bezeichnet wird. Die Forscher überwachten die Bedingungen, unter denen sich die Bärtierchen zusammenrollten und stellten fest, dass freie Radikale diesen „Tun“-Zustand tatsächlich hervorzurufen schienen, der genaue Mechanismus war jedoch noch unklar.

Aufbauend auf seiner Forschung zu Signalwechselwirkungen zwischen freien Radikalen und der Aminosäure Cystein beschloss Hicks zu testen, ob das Cysteinmolekül eine Rolle bei der Bildung von „tun“ spielt. Daher führten sie und ihre Kollegen verschiedene Arten von Molekülen ein, von denen bekannt ist, dass sie die Cysteinoxidation als Katalysatoren blockieren. Die Ergebnisse zeigten, dass der Katalysator unter Stressbedingungen keinen auf die Cysteinoxidation gerichteten Regulator bilden konnte, da Cystein nicht durch freie Radikale oxidiert werden konnte, was darauf hindeutet, dass die Cysteinoxidation ein notwendiger Mechanismus für die Bildung des „Tun“-Zustands ist.

Die neue Studie stehe im Einklang mit früheren Untersuchungen zur Rolle der Oxidation bei einer Bienenart, die für ihre Toleranz gegenüber vollständiger Austrocknung bekannt ist, sagt Kazuharu Arakawa, ein Biologe an der Keio-Universität in Japan. Diese Ähnlichkeiten legen nahe, dass der Mechanismus ein häufiger Auslöser für Tun und andere Formen der kältetoleranten Ruhe sein könnte, ein Phänomen, das Wissenschaftler als Kryptobiose bezeichnen.

Trotz dieser wichtigen Entdeckungen sind über die Bärtierchen noch immer viele Rätsel offen. Hans Ram, ein vergleichender Tierphysiologe an der Roskilde-Universität in Dänemark, hat festgestellt, dass Bärtierchen, wenn sie in den „Tun“-Zustand geraten, ihren Stoffwechsel vorübergehend herunterfahren, ein Phänomen, das selbst durch die Oxidation von Cystein nicht vollständig erklärt werden kann. „Bisher konnte keine Studie dieses Phänomen erklären“, sagte er. „Meiner Meinung nach sind wir noch weit davon entfernt, dies zu verstehen.“

Sowohl Colin als auch Hicks sind sich einig, dass noch viel mehr Forschung nötig ist, um die Wirkungsweise freier Radikale bei Bärtierchen zu verstehen. Der widerstandsfähige „Tun“-Zustand ist nicht die einzige Strategie, die Bärtierchen nutzen, um in stressigen Umgebungen zu überleben. Das Team plant, weitere Strategien eingehend zu untersuchen. Sie planen außerdem, verschiedene Arten von Bärtierchen zu untersuchen (bisher wurde nur die typische Bärtierchenschnecke untersucht), in der Hoffnung, herauszufinden, dass die Cysteinoxidation bei mehr Tieren weit verbreitet ist.

Auf lange Sicht hofft Hicks, dass die Forschung wertvolle Informationen für Studien über das Altern und die Raumfahrt liefern wird. Schließlich kommt es in beiden Bereichen zu Schäden durch freie Radikale an wichtigen Zellmechanismen wie DNA und Proteinen.