Der „Mount Everest“ der Bakterien ist erschienen! Bis zu 2cm lang, mit bloßem Auge sichtbar!

Bei einem kurzen Blick scheint sich das leicht trübe Wasser im Reagenzglas nicht vom Wasser im Teich zu unterscheiden, vermischt mit Blättern, Sedimenten und einigen dünnen „Fäden“. Aber wenn Sie genau hinsehen, werden Sie feststellen, dass diese filamentartigen Objekte tatsächlich über den Blättern schweben und langsam im Wasser schwanken …

Könnte es ein Parasit sein? Schließlich kommen fadenförmige Parasiten im Wasser sehr häufig vor, doch als die Wissenschaftler diese „dünne Linie“ unter dem Mikroskop betrachteten, waren alle schockiert – diese filamentartigen Objekte stellten sich als einzelne Bakterienzellen heraus, die mit bloßem Auge sichtbar waren!

Darstellung eines riesigen Bakteriums. Bildquelle: scitechdaily.com

Anders als wir es uns von Bakterien normalerweise vorstellen: Sie sind winzig, meist nur unter dem Mikroskop erkennbar und haben einen einfachen Zellaufbau. Die Bakterien, die Wissenschaftler dieses Mal entdeckt haben, können als die „Giganten“ der Bakterienwelt bezeichnet werden.

Teil 1

Zentimetergroße Bakterien mit bloßem Auge sichtbar

Im Juni 2022 veröffentlichte das renommierte Fachmagazin Science eine Studie über Bakterien. Wissenschaftler haben eine neue Bakterienart entdeckt, Ca.Thiomargarita magnifica, die etwa 0,9 cm lang ist und eine Länge von 2 cm erreichen kann. Diese Größe kann als Gigant im Bakterienkreis bezeichnet werden. Sie sollten wissen, dass die meisten Bakterien noch im Mikronbereich liegen und 1000 Mikron einem Millimeter entsprechen. Diese Bakterienart ist 5000-mal größer als die meisten Bakterien. Möglicherweise haben Sie keinen sehr intuitiven Eindruck. Es ist beispielsweise so, als würde eine Person einer anderen Person begegnen, die so groß ist wie der Mount Everest, und der Unterschied ist sofort erkennbar.

Vergleich von Riesenbakterien und einigen anderen häufig vorkommenden Organismen Bildquelle: Referenzen

Vielleicht ist das Bild oben nicht intuitiv genug. Sie können sich das Video unten ansehen, um einen Eindruck davon zu bekommen, wie gut diese Bakterien mit bloßem Auge sichtbar sind.

Riesige Bakterien schwanken im Wasser. Videoquelle: pictojam.com

Morphologisch gesehen sind die Bakterien weiße Fäden, die von der Basis nach oben hin allmählich schrumpfen und Sporen bilden. Das Gesamtbild ist glatt und es sind keine Epiphyten vorhanden. Interessanterweise ist jedes Filament eine einzelne Zelle ohne zentrales Teilungsseptum, mit Ausnahme der apikalen Knospe, die durch eine schließende Verengung vom Hauptkörper des Filaments getrennt ist.

Die Morphologie von Riesenbakterien Bildquelle: Referenzen

Es besteht kein Zweifel, dass dies das größte bisher entdeckte Bakterium ist, aber dies ist nur ein Aspekt von T. magnifica, der es von anderen unterscheidet. Was die Erkenntnisse der Wissenschaftler wirklich untergräbt, ist die Tatsache, dass das genetische Material dieses Bakteriums von einer Membranstruktur umschlossen ist.

Teil 2

Es sind Bakterien, aber es sieht nicht wie Bakterien aus

Die Begegnung der Wissenschaftler mit diesem riesigen Bakterium erfolgte in den Mangroven der Karibischen See. Sie fanden einige weiße Fäden, die an den Blattablagerungen hafteten, doch die Wissenschaftler schenkten diesen Fäden zunächst keine Beachtung. Sie dachten einfach, dass sie ein wenig seltsam seien, und führten daher keine weiteren Untersuchungen durch. Diese Verzögerung dauerte mehr als 10 Jahre.

Schließlich entdeckten Wissenschaftler mit scharfem Auge die Einzigartigkeit dieser weißen Filamente und führten eingehendere Untersuchungen durch. Sie dachten zunächst nicht, dass es sich um ein Bakterium handelte, da die Filamente mit bloßem Auge sichtbar waren und eher wie Eukaryoten aussahen. Erst als die Wissenschaftler die 16S-ribosomale RNA der weißen Filamente sequenzierten, stellten sie fest, dass es sich um ein Bakterium handelte.

(Hinweis: 16S ribosomale RNA, auch 16S rRNA genannt, ist ein Bestandteil der 30S-Untereinheit im Ribosom von Prokaryoten und gilt als der nützlichste und am häufigsten verwendete molekulare Marker in Studien zur systematischen Klassifizierung von Bakterien. Im Gegensatz zu Prokaryoten gibt es bei Eukaryoten drei Arten ribosomaler RNA: 5,8S rRNA, 18S rRNA und 28S rRNA; 16s rRNA gibt es nicht.)

Der Mangrovenwald, in dem Riesenbakterien gefunden wurden. Bildquelle: scitechdaily.com

Doch als die Forschungen fortschritten, begannen die Wissenschaftler erneut, sich diese Frage zu stellen. Die Ergebnisse der 16S rRNA zeigten, dass dieser Riese zweifellos ein Bakterium war, aber als sie konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie und Transmissionselektronenmikroskopie verwendeten, um die Membranstruktur dieser Bakterien zu beobachten, machten sie eine weitere überraschende Entdeckung. Das genetische Material dieser Bakterien ist tatsächlich von einer Membran umgeben!

Wir alle haben in Biologiebüchern gelernt, dass Bakterien keine Kernmembran haben, sondern nur einen Bereich, in dem genetisches Material konzentriert ist. Im Gegensatz zu anderen Bakterien lässt T. magnifica das genetische Material nicht frei im Zytoplasma schweben, sondern hüllt es in eine Membranstruktur ein, die komplexeren Zellen, beispielsweise Tier- oder Pflanzenzellen, ähnelt. Wissenschaftler nennen diese Organellen, die genetisches Material einkapseln, „Pepins“.

Pepine in Riesenbakterien Bildquelle: Referenzen

Das membranumhüllte genetische Material von T. magnifica untergräbt die Wahrnehmung des Menschen und verwischt die Grenze zwischen Eukaryoten und Prokaryoten!

Teil 3

Warum können Riesenbakterien so groß werden?

In der Wissenschaft geht man davon aus, dass Bakterien über keine aktiven intrazellulären Transportsysteme verfügen und hauptsächlich auf die chemische Diffusion angewiesen sind, was die Größe der Zelle begrenzt. Kurz gesagt: Bakterien sind so klein, weil mit zunehmender Größe die physiologischen oder metabolischen Anforderungen der Bakterienzelle über das hinauswachsen, was die Zelle bewältigen kann.

Warum also werden Riesenbakterien so groß? Dies muss mit der Komplexität von Riesenbakterien beginnen. Zusätzlich zu den beiden oben genannten einzigartigen Eigenschaften ist dieses Riesenbakterium auch weitaus komplexer als andere Bakterien. Die Ergebnisse der Genomsequenzierung zeigten, dass das Genom von T. magnifica mit 10 Millionen Basenpaaren und etwa 11.788 Genen sehr groß ist, etwa dreimal so groß wie das gewöhnlicher Bakterien.

Riesenbakterien haben große und komplexe Genome. Bildquelle: Referenzen

Und nicht nur das: Da Pepine im Körper von Riesenbakterien weit verbreitet sind, besitzt jeder Pepin eine Kopie des Genoms. Dieses Riesenbakterium ist also tatsächlich ein Polyploid (ein Individuum mit drei oder mehr Chromosomensätzen in seinen Zellen, und dieses Riesenbakterium besitzt mehr als drei Genomkopien) mit mehreren Sätzen genetischen Materials. Wissenschaftler entdeckten eine aktive Proteinbiosyntheseaktivität in der Pepins-Region. Obwohl die Bakterien groß sind, können sie den Bedarf an Stoffwechselaktivitäten decken, solange die Anzahl der Pepine groß ist.

Darüber hinaus befindet sich in der Zelle des Bakteriums T. magnifica eine große Vakuole, die etwa 73 % des Gesamtvolumens ausmacht. Die Vakuole ist kontinuierlich entlang des gesamten Filaments verteilt, wodurch das Zytoplasma auf die Peripherie der Zelle beschränkt wird. Dadurch können Riesenbakterien leichter Stoffe transportieren und ihre Lebensaktivitäten trotz ihrer enormen Größe aufrechterhalten.

Die zentrale Vakuole eines Riesenbakteriums Bildquelle: Referenzen

Man muss sagen, dass kognitive Vorurteile hinsichtlich der Größe von Bakterien seit mehr als einem Jahrhundert dazu führen, dass die Menschen Riesenbakterien gegenüber ignorieren. Es besteht kein Zweifel, dass diese riesigen, komplexen Bakterien an offensichtlichen Orten existieren und darauf warten, dass Menschen die Geheimnisse hinter der biologischen Komplexität entdecken, interpretieren und erforschen.

Quellen:

[1]Volland, JM, Gonzalez-Rizzo, S., Gros, O., Tyml, T., Ivanova, N., Schulz, F., ... & Date, SV (2022). Ein zentimeterlanges Bakterium mit DNA, die in metabolisch aktiven, membrangebundenen Organellen enthalten ist. Science, 376(6600), 1453-1458.

Produziert von: Science Popularization China

Autor: EVEE (School of Life Sciences, Peking University)

Hersteller: China Science Expo

Der Artikel gibt nur die Ansichten des Autors wieder und repräsentiert nicht die Position der China Science Expo

Dieser Artikel wurde zuerst in der China Science Expo (kepubolan) veröffentlicht.

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