Kreislauf zwischen Aufnahme von Schwefelbakterien in Larven der Riesenröhrenwürmer und Verlassen des toten Wirts entschlüsselt
Hydrothermale Quellen in Vulkankratern der Tiefsee sind schnell vergänglich. Am ostpazifischen Rücken entstehen und versiegen solche Quellen innerhalb weniger Jahre. Riesenröhrenwürmer finden neue Quellen extrem schnell, wachsen innerhalb eines Jahres mehr als einen Meter und sterben wenige Jahre danach. Dieses Schicksal teilen sie aber nicht mit ihren bakteriellen Symbionten, die tief im Inneren des Wirtskörpers leben. Wie ein internationales ForscherInnenteam unter der Leitung der Meeresbiologin Monika Bright von der Universität Wien entdeckte, verlassen die Schwefelbakterien ihren toten Wirt und vermehren sich im Freien. Die Ergebnisse dazu erscheinen aktuell in der Fachzeitschrift “Proceedings of the National Academy of Science”.
Lebende Röhrenwürmer an Hydrothermalquellen vier Jahre nach einem Vulkanausbruch (Image copyright: Monika Bright).
Der Riesenröhrenwurm “Riftia pachyptila” lebt an warmen Quellen in der Tiefsee: Dicht gedrängt bei einer Anzahl von bis zu 2.000 Tieren pro Quadratmeter und in Symbiose mit Schwefelbakterien. “Erstaunlicherweise geben die Eltern die Symbionten nicht direkt an ihre Nachkommen weiter”, so Monika Bright, Meeresbiologin am Department für Limnologie und Bio-Ozeanographie an der Universität Wien: “Jede Larve muss ihre Symbionten aus der Umwelt aufnehmen. Einzelne Bakterien infizieren die Haut, ähnlich wie in manchen pathogenen Infektionen, und besiedeln das Innere des Wirtskörpers. Dort vermehren sie sich und erreichen im ausgewachsenen Wurm eine extrem hohe Dichte. Außerdem ernähren sie den darmlosen Wurm, der dadurch Wachstumsraten vergleichbar mit Krebszellen erreicht.”
Tote Röhrenwürmer vier Jahre nach einem Vulkanausbruch (Image copyright: Monika Bright).
Im Rahmen des europäischen “Marie Curie – Initial Training Network” – Programms “Symbiomics” untersuchte Julia Klose in ihrer Dissertation an der Universität Wien, ob die Symbionten den Wirt auch wieder verlassen können, um die frei lebende bakterielle Population an den warmen Quellen anzureichern. Dazu wurden während mehrerer Forschungsreisen mit amerikanischen und französischen Kooperationspartnern lebende Würmer aus 2.500 Metern Wassertiefe gesammelt. Das Team inkubierte Wurmgewebe mit lebenden Symbionten für mehrere Tage in speziellen Durchfluss-Hochdruckaquarien. Später in Wien wurden das tote Wirtsgewebe, das Inkubationswasser und die Kolonisationsoberflächen aus den Druckbehältern mit molekularen und mikroskopischen Methoden analysiert.
Forschungsschiff Atlantis mit U-Boot Alvin (Image copyright: Andrea Nussbaumer).
“In weniger als 24 Stunden verließen viele Symbionten den toten Wirt und besiedelten Oberflächen in den Hochdruckgefäßen – besonders faszinierend war es für uns, dass sich die Bakterien auf den Oberflächen stark vermehrten“, so Klose. Die WissenschafterInnen beobachteten, dass einer abgestorbenen Röhrenwurm-Aggregation nach Versiegen der Quelle zwischen mehreren Millionen und einer Milliarde Bakterien entweichen können.
Julia Klose beim Vorbereiten des Tauchgangs (Image copyright: Renate Degen).
“Unser Glück war es, dass kurz vor Beginn unserer Forschungen ein unterseeischer Vulkanausbruch am ostpazifischen Rücken, eine Tagesreise von Manzanillo, Mexiko, entfernt, stattgefunden hat. Dadurch konnten wir das Kommen und Gehen der Tiere über fünf Jahre hinweg genauestens verfolgen”, erklärt Monika Bright, die seit 20 Jahren an den faszinierenden Würmern arbeitet. Nur neun Monate nach der totalen Auslöschung der Wurmpopulation durch den Vulkan waren die warmen Quellen wieder besiedelt, wobei die Lebensdauer vieler Würmer trotz erheblicher Größe weniger als zwei Jahre betrug. Dies führte zur vermehrten Freisetzung von Symbionten, die dann die nächste Wurmgeneration wieder infizieren konnten.
Publikation in “Proceedings of the National Academy of Science”:
Klose J, Polz MF, Wagner M, Schimak MP, Gollner S, Bright M (2015): Endosymbionts escape dead hydrothermal vent tubeworms to enrich the free-living population. In Proceedings of the National Academy of Science
doi: 10.1073/pnas.1501160112
*Source: Universität Wien