Gemeinsam lebt es sich besser

Wie biologische Arten voneinander profitieren

Dass sich verschiedene Arten helfen, kommt häufig vor. Ohne solche sogenannten Symbiosen hätte sich das Leben in seiner vertrauten Form nicht entwickeln können. Bremer Experten tragen zu ihrer Erforschung bei.
16.03.2021, 05:00
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Wie biologische Arten voneinander profitieren
Von Jürgen Wendler
Wie biologische Arten voneinander profitieren

Für Clownfische und Seeanemonen ist die Nähe zueinander von großem Vorteil. Beide Arten leben in Symbiose.

Stephan Jansen/dpa

Ob es sich um Lebensräume wie Wälder, Seen oder Korallenriffe oder aber um einzelne Organismen handelt – das Phänomen, dass verschiedenartige Lebewesen voneinander profitieren, ist allgegenwärtig. Unterschiedliche Arten leben in Symbiose, wie Biologen sagen. Die Erscheinungsformen der Symbiose sind so vielfältig wie das Leben selbst. Eines von zahllosen Beispielen liefern Mikroorganismen im Verdauungstrakt von Menschen. Sie profitieren von ihrem Lebensraum, weil es dort Stoffe gibt, die ihnen als Energielieferanten dienen. Ihr Nutzen für Menschen besteht unter anderem darin, dass sie bei der Verwertung der Nahrung helfen. Wissenschaftler nehmen an, dass sich das Leben in seiner vertrauten Form nicht ohne Symbiosen hätte entwickeln können. Wie wichtig ein solches Miteinander für das Funktionieren von Zellen sein kann, zeigen neue Forschungsergebnisse, die eine Gruppe um Jon S. Graf vom Bremer Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie im Fachjournal „Nature“ veröffentlicht hat.

Die Erde ist vor gut viereinhalb Milliarden Jahren entstanden, und die ersten winzigen Organismen tauchten vermutlich bereits nach einigen Hundert Millionen Jahren auf. Dass sehr viel später eine große Vielfalt an Lebensformen entstehen konnte, führen Forscher auf die Tatsache zurück, dass manche Organismen die Fähigkeit entwickelt haben, Photosynthese zu betreiben, das heißt aus Wasser und dem Treibhausgas Kohlendioxid mithilfe der Energie der Sonnenstrahlung biologisches Material zu bilden.

Bakterien trieben Entwicklung voran

Weil dieses Material am Beginn der Nahrungskette steht, werden die Lebewesen, die es herstellen, Primärproduzenten genannt. Zu ihnen zählen nicht nur Pflanzen, sondern zum Beispiel auch bestimmte Bakterien. Die Ersten, die Photosynthese betrieben haben, waren wahrscheinlich vor mehr als zweieinhalb Milliarden Jahren Vorfahren der heutigen Cyanobakterien.

Die sogenannte Endosymbiontentheorie besagt, dass wichtige Bestandteile der Zellen von mehrzelligen Lebewesen wie Pflanzen und Tieren aus einzelligen Lebewesen hervorgegangen sind, das heißt: Den Ausgangspunkt bildeten Einzeller, die andere Einzeller aufgenommen und mit ihnen in Symbiose gelebt haben. Im Ausdruck Endosymbiont stecken griechische Wörter für innen und Symbiose. Angenommen wird zum Beispiel, dass die zur Energiegewinnung benötigten Mitochondrien in Zellen von Menschen und anderen mehrzelligen Lebewesen dadurch entstanden sind, dass ein bestimmter Einzeller, ein sogenanntes Archaeon, einen anderen Einzeller, nämlich ein Bakterium, in sich aufgenommen hat.

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Der Biochemiker Jon S. Graf und seine Kollegen sind auf ein zuvor unbekanntes Beispiel dafür gestoßen, dass die Energieversorgung von Zellen auch ohne Mitochondrien funktionieren kann. Sie entdeckten in einem Wimpertierchen aus dem Zugersee in der Schweiz ein Bakterium, das die Energieversorgung des aus einer Zelle bestehenden Tierchens übernimmt. Dazu nutzt es Nitrat, eine Stickstoffverbindung. Wie die Wissenschaftler betonen, ist es das erste Mal, dass eine solche Art von Symbiose entdeckt wurde. Sie eröffne für die Mikroorganismen die Möglichkeit, in einer sauerstofffreien Umgebung zu überleben. Die tiefen Wasserschichten des Zugersees sind sauerstofffrei, weil es an einem Austausch mit dem Oberflächenwasser mangelt.

Nach Angaben der Experten werfen die neuen Erkenntnisse eine Reihe von Fragen auf, darunter die, wo der Ursprung dieser Art von Symbiose liegt. In anderen Seen der Erde entdecktes Erbmaterial lege nahe, dass er dort zu finden sein könnte. Diese Seen seien älter als der Zugersee, der erst nach der letzten Kaltzeit vor ungefähr 10.000 Jahren entstanden sei. Möglicherweise müsse der Ursprung aber auch im Ozean gesucht werden.

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Um Symbiosen in der Welt der Mikroorganismen zu erforschen, bedarf es moderner technischer Hilfsmittel. Andere Fälle von Symbiose lassen sich bereits mit bloßem Auge beobachten. Ein oft genanntes Beispiel für ein Miteinander in tropischen Korallenriffen ist das von Seeanemonen und den sogenannten Anemonenfischen, zu denen auch die Clownfische gehören. Bei den Anemonen handelt es sich um Tiere mit Tentakeln, zwischen denen die bis zu 15 Zentimeter langen Anemonenfische vor Raubfischen geschützt sind. Im Gegenzug zeigen die Anemonenfische ein Abwehrverhalten beziehungsweise versuchen, die Anemonen zu verteidigen, wenn diese von Fressfeinden wie bestimmten Fischen bedroht werden.

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An der Bildung tropischer Korallenriffe haben die mit den Seeanemonen eng verwandten Steinkorallen einen entscheidenden Anteil. Sie gehören ebenso wie beispielsweise auch die Quallen zu den Nesseltieren. Steinkorallen sind einfach gebaute Tiere, die in der Regel sessil sind, wie Fachleute sagen, das heißt an einem bestimmten Standort festsitzen. Sie werden auch als Polypen bezeichnet und haben einen sackförmigen Körper sowie eine Mundöffnung, die von Tentakeln umgeben ist. Damit können sie Plankton fangen. Zu den Organismen, mit denen Steinkorallen Lebensgemeinschaften bilden, gehören nicht zuletzt verschiedene Arten von Riffbarschen. Mit der genauen Funktionsweise dieser Art von Symbiose haben sich in den vergangenen Jahren unter anderem Wissenschaftler des Bremer Leibniz-Zentrums für Marine Tropenforschung befasst. Nach ihren Angaben dienen die Bereiche zwischen den Ästen der Korallen den Fischen als Schutzräume. Die Korallen wiederum profitieren davon, dass die Riffbarsche unermüdlich mit ihren Flossen fächeln. Damit sorgen sie für eine gute Wasserzirkulation und dafür, dass stets genügend lebenswichtiger Sauerstoff zur Verfügung steht. Unter ihrem Einfluss steigt auch die Photosyntheseleistung von Algen in lichtdurchlässigen Zellen der Korallen. Die dabei erzeugten Kohlenhydrate geben Korallen die Möglichkeit, rasch zu wachsen. Außerdem wird Sauerstoff freigesetzt.

Die Botschaft der Flechten

Wer in Mitteleuropa nach anschaulichen Beispielen für Symbiosen sucht, wird rasch fündig. Ein Beispiel liefert das Zusammenspiel von Pflanzen und bestäubenden Tieren wie Insekten, ein anderes sind die unter anderem an Bäumen zu findenden Flechten. Hinter dem Ausdruck Flechten verbergen sich Lebensgemeinschaften von Pilzen und Organismen, die Photosynthese betreiben, etwa Algen. Aus Sicht von Umweltforschern gehören Flechten zu den sogenannten Bioindikatoren. Viele reagieren sehr empfindlich auf Luftschadstoffe und Veränderungen des Klimas. Gibt es weniger Flechtenarten, heißt das, dass sich Umweltbedingungen verschlechtert haben.

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