„Die Starken beschweren sich nie über die Umwelt“! Der „einsame Held“ in der Wüste, der Tiefsee und der lebensverbotenen Zone

An einem Sommertag im Jahr 1965 brannte die Sonne und es wehte kein Wind. Das einzige Geräusch vor dem Fenster waren die lästigen Zikaden. Thomas Brock, Mikrobiologe an der University of Washington, und seine Frau Lois Brock fuhren nach ihrem Urlaub zurück in ihr Labor. Als sie den Yellowstone-Nationalpark durchquerten, waren sie von der wunderschönen Landschaft vor ihnen fasziniert.

Die bezaubernde Landschaft und der seltsame Sprühnebel des Geysirs ließen die beiden Männer innehalten und all ihre Sorgen vergessen ... Aus beruflicher Gewohnheit sammelten sie beim Spaziergang auch einige Wasserproben aus der Emerald Spring für spätere Analysen. Ein paar Tage später hatte Herr Block in seiner Freizeit plötzlich eine Idee: „Könnten sich in diesen Proben aus Emerald Spring irgendwelche lebenden Organismen befinden?“ Also begannen er und seine Kollegen mit der Forschung.

Emerald Hot Springs im Yellowstone Park

Zu ihrer Überraschung stellten sie fest, dass die Proben des kochenden Quellwassers, das knapp 70 °C heiß, reich an Sulfiden und stark sauer (pH 3) war, viele Mikroorganismen enthielten. Blocks Forschungsteam bestätigte der Welt erstmals die Existenz extremer Mikroorganismen und dass es sich dabei um Mikroorganismen mit sowohl thermophilen als auch acidophilen Eigenschaften handelte. Es war diese zufällige Entdeckung, die den Vorhang für die zukünftige Forschung über thermophile und extreme Mikroorganismen öffnete.

Seitdem haben Wissenschaftler den Umfang ihrer Forschung auf extreme Mikroorganismen schrittweise erweitert. In diesem Prozess wurde die Definition extremer Mikroorganismen weiter verbessert und klargestellt, dass extreme Mikroorganismen ein allgemeiner Begriff für Mikroorganismen sind, für die extreme Umgebungen der am besten geeignete Lebensbereich sind.

In der Vergangenheit ging man davon aus, dass die Existenz allen bekannten Lebens letztlich auf dessen kontinuierliche Anpassung an die natürliche Umwelt zurückzuführen sei. Daher war die Existenz von Leben in manchen extremen Umgebungen wie Wüsten, Tiefseegräben und extrem kalten Orten unmöglich. Doch in den letzten Jahrzehnten hat eine Entdeckung nach der anderen das Verständnis der Menschen von der Natur ständig auf den Kopf gestellt und überarbeitet.

Alan Bull, ein Mikrobiologe an der University of Kent in Großbritannien, erkundete die trockenste Wüste der Erde, die Atacama-Wüste, die sich über Nordchile erstreckt, und entdeckte dort eine Vielzahl von Actinomyceten, die starker ultravioletter Strahlung und extremer Dürre standhalten können.

Atacama-Wüste

Im Jahr 2013 bewies das Forschungsteam um Ronnie Glud (Ökologe) von der Universität von Süddänemark, dass es im Challengertief am Grund des Marianengrabens Mikroorganismen gibt und dass die Umgebung, in der sie leben, völlig dunkel, extrem kalt und unter großem Druck ist. Viele ihrer Analyseproben stammten aus einer Tiefe von 11 Kilometern unter dem Meeresspiegel und die mikrobielle Häufigkeit (ein Indikator für die Vielfalt) erreichte 10 Millionen/cm3, was dem Zehnfachen der mikrobiellen Häufigkeit der Schlammproben an der Oberfläche des Grabens entspricht.

Marianengraben

Im Jahr 2014 analysierte David Pearce von der Northumbria University in Großbritannien die Unterwasserablagerungen des Hodgson-Eissees (in der Antarktis) und entdeckte eine große Anzahl von Mikroorganismen, die extremer Kälte standhalten können. Die Reproduktionsgeschichte dieser Mikroorganismen lässt sich sogar bis vor 100.000 Jahren zurückverfolgen!

Mikroorganismen sind auf der ganzen Welt verbreitet. Da es sich bei extremen Mikroorganismen um eine besondere Gruppe handelt, sind ihre Evolution und ihre physiologischen Mechanismen sowie ihre besonderen Funktionen und Beiträge zu Brennpunkten und Schwerpunkten vieler wissenschaftlicher Forscher geworden. Immer mehr Studien haben gezeigt, dass extreme Mikroorganismen in mindestens den folgenden zwei Aspekten herausragende Beiträge für den Menschen leisten können:

Erstens handelt es sich bei ihnen um besondere Lebensformen in der Natur, deren große Vielfalt an Metaboliten eine natürliche Bibliothek medizinischer Stoffe darstellt. Es ist keine Übertreibung zu sagen, dass extreme Mikroorganismen die große Verantwortung für die Entdeckung neuer Medikamente und die Heilung vieler schwieriger und komplizierter Krankheiten der Menschheit tragen.

Zweitens können einige extreme Mikroorganismen bei hohem pH-Wert (Salzkonzentration) und hohem Salzgehalt Wasserstoff und 1,3-Propylenglykol produzieren, was diesen Mikroorganismen einen hohen industriellen Nutzwert verleiht. Denn Wasserstoff ist ein neuer Energieträger, der fossile Brennstoffe ersetzen kann, und die organische Substanz 1,3-Propylenglykol lässt sich als Rohstoff für die Synthese vielfältiger Verbundwerkstoffe, Klebstoffe sowie Schichtstoffe und Beschichtungen nutzen.

Die Forschung zu extremen Mikroorganismen begann in meinem Land relativ spät, erst vor mehr als 20 Jahren. Allerdings verfügt mein Land über ein riesiges Gebiet mit komplexen und vielfältigen geologischen und geomorphologischen Merkmalen. Die Existenz besonderer Umgebungen wie der kochenden Quellen in Tengchong, Yunnan, der Salzseen in der Inneren Mongolei und der Taklamakan-Wüste in Xinjiang hat günstige Bedingungen für die Entwicklung extremer mikrobieller Forschung geschaffen. Wissenschaftliche Forscher sollten die günstigen Gelegenheiten voll ausschöpfen, aufholen und danach streben, die Industrieländer auf dem Gebiet der extremen mikrobiellen Forschung so schnell wie möglich zu überholen, um das großzügige Geschenk der Natur nicht zu enttäuschen.

Zusätzliches Material: Wenn ein Atomkrieg ausbricht, welche Spezies hat die größten Überlebenschancen?

Der strahlenresistente Kokkus, von den Wissenschaftlern „Super Conan“ genannt, ist der wahrscheinlichste Überlebende.

Radiodurans ist äußerst resistent gegenüber DNA-schädigenden Stoffen wie ultraviolettem Licht, ionisierender Strahlung und Wasserstoffperoxid.

"Super Conan"

Diese Eigenschaften sind auf sein effizientes und präzises DNA-Reparatursystem zurückzuführen. Derzeit wurden drei Arten der DNA-Reparatur bei strahlenresistenten Kokken entdeckt: Nukleotidexzisionsreparatur, Basenexzisionsreparatur und Rekombinationsreparatur. Darüber hinaus haben Wissenschaftler es zur Entwicklung von Zeitkapseln verwendet. Sie fanden heraus, dass bestimmte Informationen, wenn sie in der DNA strahlenresistenter Kokken verbleiben, über mindestens 100 Generationen weitergegeben werden können! Angesichts der langfristigen Konservierung der Stämme ist ihre „Haltbarkeit“ durchaus beachtlich.

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