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Dieser Artikel ist derzeit in Arbeit. Und das ist viel Arbeit (aber man kann schon mal reinschauen)... Kein Wunder, dass es viel Arbeit ist, denn...

... es geht um Das Universum, Das Leben und den ganzen Rest... Komplizierter Stoff! Aber es lohnt sich.

Vorbemerkung: Ich gebe es zu, unter den Mikro(lebe)wesen und/oder Viren gehört meine ganze Sympathie den Bakteriophagen, diesen von manchen so betrachteten miesen Fieslingen der Branche, die immer und überall Bakterien auflauern, um sich in ihnen zu vermehren! Sie haben "eine schlechte Presse" und keine gute PR-Agentur... Aber wir sind hier bei den Querdenkern - da ist vieles anders!

Es geht im Folgenden also um

  • UNSER Unversum, das, in dem Sie und ich und all die anderen leben, nicht um die vielleicht - vielleicht!!! - existierende unbegrenzte aber nicht unendliche Anzahl von Parallel-Universen oder Multiversen. Es könnte sein, dass ein paar Schlauberger, die sich Kosmologen nennen, die eine oder andere Feinheit etwas anders sehen... Die können sich gleich einmal mit dieser hübschen kleinen Formel beschäftigen:

Friedmann Gleichung3

Gut, die wären wir erst einmal los, wir machen dann weiter mit den Sachen, um die es sich hier drehen soll:

  • Das LEBEN ansich, nicht um Ihres, nicht um meines und auch nicht um die von all die anderen
  • den ganzen REST - Viren, Bakterien und das ganze mikrolebende Zeug, von dem Sie vielleicht noch nichts gehört haben 
  • ein paar richtig KLEINE oder GROSSE Zahlen, so groß (oder so klein), dass Sie und ich und all die anderen sie uns kaum vorstellen können - und wenn einer sagt, er könne, glauben Sie es nicht!

Ach ja, darauf sollte ich vielleicht noch hinweisen, in diesem Artikel wird nicht gegendert: Es heißt also weiterhin einfach das Virus, das Bakterium etc. und nicht Vir*innen oder Bakterie*innen. Klar? Klar! Dann kann´s ja losgehen.

Wo geht es los?

Am besten am Anfang, am Beginn von allen, das macht die ganze Sache vielleicht nicht einfacher - aber logischer.

Es war zwar niemand dabei, aber ein paar Fachleute behaupten, es begann mit so etwas wie einem spektakulären Sylvesterfeuerwerk, nur größer, viel größer -also mit dem Urknall, und sie haben gute Gründe dafür. Es gibt ein paar andere Fachleute (wenige), die behaupten, es sei nicht mit dem Urknall losgegangen - von den Zweiten behaupten die Ersten wiederum, sie litten an einem "(Ur)knall". 

Lange, sehr lange, behaupten die Ersteren, sei das Universum eine Singularität gewesen, eine Kugel (?) mit dem Durchmesser Null. Und es mache auch gar keinen Sinn, danach zu fragen, wie lange diese Singularität existiert hätte, denn damals habe es noch keine Zeit gegeben (was ja auch logsich ist, weil es ja auch weder Uhren noch die Schweiz gab), genauso, wie es keinen Raum gegeben habe. Diese Singularität, die einmal unser Universum werden sollte, habe also nicht "irgendwo im Raum" und auch nicht „irgendwann“ existiert, weil es ja weder Raum noch Zeit Raum gegeben habe. Ich hatte Sie gewarnt, es würde ein wenig kompliziert werden...

Im Weiteren verzichte ich auf die Konjunktive, das schreibt und liest sich einfach ungewohnt. Sie wissen ja nun, dass ich es könnte, das muss reichen.

Die Singularität ist eher eine (gute) Idee als eine feststehende Tatsache. Man hat sie durch Extrapolation aus den Formeln der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein, der sie 1916 publiziert hatte, abgeleitet. Und zwar durch Anwendungen auf einen Bereich, in dem die Allgemeine Relativitätstheorie nicht mehr gilt. So sind sie halt, diese Kosmologen unter den Physikern. Aber ein paar genauso kluge Köpfe wie Einstein hatten inzwischen die Quantentheorie entwickelt und konnten daher die Allgemeine Relativitätstheorie so modifizieren, dass die Ergebnisse der Überlegungen irgendwie stimmig waren.

Vielleicht sollte ich einmal klarstellen, das der Urknall nicht den Beginn aller Dinge beschreibt, sondern einen Bereich von Zuständen, in dem unsere Theorien unzuverläßig werden. Da man mit dem Universum auch nicht experimentieren kann, müssen Hypothesen mit den Vorherssgen kosmologischer Theorien verglichen werden – und evtl. müssen beide angepaßt werden, wenn Messergebnisse etwas anderes besagen...

Kommen wir zurück zu unser alten Freundin, der Singularität: Irgendwann war es der Singularität offenbar fad, nur eine Singularität zu sein. Sie wollte mehr. Sie machte etwas, nämlich den den Urknall. Aber Sie dürfen sich jetzt keine besonders große Explosion vorstellen, denn die setzt einen Raum voraus, in dem sie explodieren kann und auch Zeit, in der sie ablaufen kann!

So einfach hatte es die Singularität mit dem Urknall nicht. Sie fand eben nicht IN einem Raum, wie es eine stinknormale Explosion machen würde, statt. Nein, die Singularität musste für und mit dem Urknall erst Raum und Zeit schaffen! Und das machte sie ziemlich fix - in 10-36 Sekunden entstand quasi aus dem Nichts, der Singularität, eine Kugel mit dem Durchmesser des Kuipergürtels[1] oder ca. 7,5 Milliarden Kilometer. Wenn Sie mal nachrechnen wollen, diese Ausdehnung IST schnell, sogar überlichtschnell ...

Überlichtgeschwindigkeit!? Jetzt wird der eine oder andere Leser unter Ihnen aber stutzen! Hat die nicht der gute Albert Einstein – ja, derselbe von der Allgemeinen Relativitätstheorie – quasi verboten? Hat er - aber exakterweise nur für Licht resp. Strahlung IM Raum! Vom Raum ansich hat er nix gesagt. Außerdem war das vor 13,8 Milliarden Jahren, da war von Einstein überhaupt noch nicht die Rede, und von seinem Verbot erst recht nicht. Außerdem bezweifle ich, dass der Raum sich daran gehalten hätte. Diese sehr kurze Zeit der absoluten Geschwindigkeitsüberschreitung, sozusagen der Mutter aller Geschwindigkeitsüberschreitungen, nennen die Kosmologen INFLATION des Universums.

Diese Inflation war auch schon bald wieder vorbei, genauer nach den schon genannten 10-36 Sekunden. Dann ging dem Urknall wohl etwas die Puste aus, er beruhigte sich (vielleicht auch weil niemand da war, der applaudieren konnte?). Aber es war heiß, verdammt heiß – so heiß, dass sich weder Atomteilchen noch Strahlung bilden konnten. Das Universum war eine ziemlich dichte und heiße Ursuppe. 400.000 Jahre später – andere sagen , es sei nur 380.000 Jahre später gewesen, aber ich finde, das die Differenz nicht wirklich eine Rolle spielen sollte – war das Uiversum so weit gewachsen und dabei abgekühlt, dass Wasserstoff- und Heliumatome und Photonen stabil entstehen konnten. Damit wurde das Universum endlich durchsichtig. hatte ich daraus hingewiesen, dass es in den ersten Jahren undurchsichtig war? Nein? Dann habe ich das jetzt nachgeholt. Und es wurde durchsichtig weil inzwischen mehr Raum als Atomteilchenvolumen da war, und seitdem dehnt es sich mit vergleichsweise normaler Geschwindigkeit aus.

Kurz darauf – legen Sie mich jetzt nicht fest – entstanden die ersten Sterne, und zwar Riesensterne, echte "Oschies", viel größer als die heute existierenden. Sie waren twar sehr große, aber auch sehr schnelllebig, bald explodierten sie und gebaren dabei erste schwerere Elemente. Daraus konnte dann die nächste Sternengeneration entstehen und dann Galaxien. Von nun an ging alles seinen normalen Gang im Universum: Gravitation half, Sternenstaub zusammenzukehren, daraus Sterne zu gebären, Sterne starben und verpufften ihre Atome im Weltall als Stoff für die nächsten Sternen- und Planetengenerationen - alles normal soweit, Business as usual, für ein Universum.

Das ging dann die nächste paar Milliarden Jahre so. Ein zeitlicher Klacks für ein Universum, dessen Lebenszeit auf "läppische" 10100 Jahre angelegt ist. 10100 Jahre nach seiner Geburt/Entstehung wird es dann richtig kalt geworden sein im Universum: Jeder Stern ist erloschen, Galaxien gibt es schon lange nicht mehr. Die Materie des Universums ist in Schwarzen Löchern verschwunden, und auch die Schwarzen Löcher sind nach den 10100 Jahren erst langsam, dann immer schneller verdampft (nachzulesen bei Stephen Hawkins).

Das Universum hat sich dann auf eine unfaßbare Größe (aber nicht unendlich!) ausgedehnt. Nur lichtschnelle Photonen ziehen (sehr) einsam ihre Bahn. Das ist dann das Ende des Universums. Aber bevor Sie jetzt Öl, Gas oder die letzten Kohlen bestellen, weil Sie die Kälte fürchten – lassen Sie es, Sie werden es nicht erleben, es sei denn, Sie wären unsterblich. Wenn es denn so wäre, seien Sie daraus hingewiesen, dass dann selbst Götter verdampft sein werden - ppfffffttt.

Aber das dauert ja noch ein wenig, wir befinden uns ja erst im Jahre 13,8*109. Bis 10100 sind es noch 1090 plus ein paar Jahre...

Zwischenbemerkung: Wußten Sie, dass die Zahl 10100 als "Google" bezeichnet wird? Übrigens schon vor der Firma!

Das Universum ist ja noch jung und im Universum ist ja allerhand los. Sterne entstehen, Galaxien kollidieren, Schwarze Löcher machen auf „galaktische Staubsauger“. Heute zählen wir im Universum übrigens ca. 1025 Sterne. Zugegeben, das ist eine Schätzung. Aber die o. g. "Ersteren" behaupten es mit guten Belegen. 1025 sind ziemlich viele, aber irgendwie auch nicht, denn, um einmal einen Vergleich zu machen, in den Ozeanen der Erde existieren ständig 1032 Bakteriophagen. Das sind immerhin 10 Millionen mal soviele! Auf die Bakteriophagen kommen wir noch, schon weil sie meine Freunde sind...

So, das soll es für das Universum für das Erste gewesen sein. Wir kommen zur Erde.

Einer von diesen 1025 Sternen leuchtet seit ca. 4,6 Milliarden Jahren in einer unwichtigen Ecke einer unwichtigen Galaxis still vor sich hin, weder zu heiß und nicht zu kalt, gerade richtig, so, dass es auf einem seiner Planeten richtig "muggelig" ist.

Das ist natürlich UNSERE Sonne und UNSERE Erde. Unsere Erde entstand gleichzeitig mit der Sonne aus „Sternenstaub“, also aus durch Schwerkraft zusammengeklaubten Asteroiden einer Staub- und „Klamotten“scheibe um die sich bildende Sonne. Unglaublich, dass Sonne und Erde gleichzeitig entstanden, aber die Fachleute behaupten es steif und fest – sogar Wikipedia... Uns bleibt nichts, außer es zu glauben.

Heute fallen übrigens immer noch täglich einige zig Tonnen Sternen-, nein Asteroidenstaub auf die Erde.

Die Anfangstage der Erde, also als sie schon ein Planet war, müssen immer noch ziemlich heiß und hektisch gewesen sein. Man nennt die Zeitder ersten ca. 600 Millionen Jahre nach Entstehung der Erde das Hadaikum (von Hades). Die Erde bekam eine feste, noch von Rissen durchzogene Kruste.

Im folgenden Erdzeitalter, dem Archaikum ab 4 Milliarden Jahre entstand dann eine erste Atmosphäre, v.a. aus Gasen, die aus dem Erdinneren entströmten. Diese Atmosphäre bestand zu 80% aus Wasserdampf, daneben aus Kohlendioxid und Spuren von Stickstoff u. a.

Von unten ließen Vulkane die noch dünne und ziemlich flüssige Erdkruste permanent erzittern, Lava quoll „allüberall“, radioaktiver Zerfall heizte die Erde auf, und von oben stand die Erde im Dauerbeschuss von Asteroiden, darunter waren viele „ziemliche Brocken“. Es muss eine ungemütliche Zeit gewesen sein, ja, die Hölle! Eben Hades. Nichts, wo man dabei gewesen sein möchte.

Der Dauerbeschuss mit Asteroiden brachte aber nicht nur neue „Masse“ sondern auch viel Wasser in Form von Eis auf die Erde, eigentlich kommt sogar mehr oder weniger jeden Tropfen Wasser, den wir heute trinken oder mit dem wir uns waschen, aus dem All!

Weil die Erde so heiß war, verdampfte das Wasser gleich wieder, bildete natürlich Regenwolken, fiel als Regen wieder zur Erde und so weiter. Ein unendlicher Kreislauf. Jahrhunderte lang, Jahrtausende ... Mindestens. Gegen diesen Regen ist ein indischer Monsunregen ein „Fliegenschiss“ (die Inder mögen mir diese Bemerkung verzeihen, tatsächlich bewundere ich ihre Monsunregen!).

Die Erde kühlte langsam auf eine  Oberflächentemperatur unter 100°C ab, und eines Tages vor ca. 4 Milliarden Jahren war es „kalt“ genug geworden, dass der Regen als flüssiges Wasser auf dem Erdboden liegen blieb. Er bildete Pfützen, Lachen, Seen, Bäche, Flüsse, Ströme und schließlich Ozeane. Das Wasser war heiß, es war viel Wasser und die Ozeane waren tief.

Und es war ungefähr eine Milliarde Jahre vergangen. Wir befinden uns gedanklich im Jahre 3,9 Milliarden v. Chr. Sie dürfen das „v. Chr.“ aber nicht wörtlich nehmen – ich meine ziemlich ungenau vor 3,9 Milliarden Jahren. Damit nähern wir uns der zweiten großen Frage: Leben?

Leben

Leben? Was ist das? Gute Frage! Fragen Sie hundert Bio-Wissenschaftler (am besten verschiedener Fachrichtungen), und Sie werden hundert Definitionen hören. Philosophen lassen wir einmal aus, die haben wieder andere Ideen...

Da die NASA den Auftrag hat, Leben im Universum zu suchen soll resp. schon sucht, dürfen wir davon ausgehen, dass sie einer besonders interessanten Definition folgt, oder? Diese Definition lautet „Leben ist ein sich selbst erhaltendes System, das genetische Informationen enthält, und das fähig ist, darwinsche Evolution zu durchlaufen“ (1994). Ja, denn...

Schon der alte Darwin dachte eher an eine biologische anstatt an eine göttliche Urzeugung,  als er 1871 von seinem „warm little pond“ in einem Brief an den Biologen Hooker schrieb, in dem das Leben entstanden sein könnte. Später konnte gezeigt werden, dass er gar nicht so daneben lag: Unter Zuhilfenahme von Ammonium und Phosphorsalzen, Wärme, Licht und Elektrizität bilden sich im Versuch Biomoleküle und sogar Proteine, die noch kompliziertere Moleküle bilden können.

Dieses Entstehen Des Lebens ist dennoch im Moment rätselhaft. Irgendwann und irgendwo war plötzlich etwas da, das man als lebendig bezeichnen könnte. Oder aus dem etwas Lebendiges werden konnte. Es muss sehr einfach gebaut und sehr klein gewesen sein, hatte garantiert keine Beine, keine Augen, keine Organe und lief auch nicht herum, um zu rufen „Ich lebe...“ oder um einen Apfel zu essen. Sogar heutige einfachste Bakterien und Archaeen wären für den Beginn des Lebens viel zu kompliziert gebaut. An deren Baupläne „dachte“ Das Leben wahrscheinlich noch nicht einmal. Am ehesten dürfte dieses Etwas etwas gewesen sein, das entfernt an ein einfaches Virus erinnerte.

Dieses entfernt an einen Virus erinnernde Etwas dürfte irgendwo „herumgelegen“ haben und genug mit sich selber zu tun gehabt haben. Und damit, sich gleich erst einmal fortzupflanzen. Und noch einmal... Noch nicht eine Gehirnzelle und schon „daran“ denken... Ein „cogito, ergo sum“ sollte noch 3.899999799 Jahre auf sich warten lassen. Mindestens. Und es hat Glück gehabt, dass da noch nichts war, was einen fressen konnte.  

Manche Forscher gehen á la Darwin von der Idee aus, das Leben könnte in flachen Tümpeln nach Blitz und Donner entstanden sein, andere bevorzugen die bizarren black smoker in der Tiefsee als Quell allen Lebens. In deren Nähe kommen alle Grundvoraussetzungen zur Bildung von Biomolekülen zusammen. Und statt Licht als Energiequelle (daran dachten erst die Cyanobakterien, als sie viel später die Photosynthese erfanden) konnte die Reduktion von dort um die black smoker flottierende Metalloxiden dienen.

Am Ende der verschiedensten Versuche, Überlegungen und Schlußfolgerungen von Wissenschaftlern steht die Schlußfolgerung, dass zuerst RNA-Moleküle entstanden sein können.

J Joyce hat die NASA-Definition von Leben mitgeprägt, als er im Reagenzglas sich selbst replizierende RNA herstellte, die auch noch imstande war, sich zu mutieren und zu evolutionieren, womit er den Anfang des Lebens imitieren konnte. Von hier aus ist es nur noch ein kleiner Schritt bis zum Leben, es fehlt nämlich eigentlich nur noch ein kleines Säckchen aus Lipidmembranen, ein Vesikel, um die RNA. Und auch das kann unter diesen Bedingungen entstehen. Hat man in Versuchen nachgewiesen.

Die damals neue Idee, „RNA in Vesikel“ zu verpacken, um sie zu schützen, war offenbar so gut, dass sie einen gewaltigen Vorteil verschaffte. Und damals muss sogar jeder kleinste Vorteil ein großer Vorteil gewesen sein.

Die einfachsten Viren bestehen übrigens aus ein paar RNA-Molekülen und einer sie umgebenden Membran... Sie verstehen?

Unter dem Aspekt des Lebens war diese Welt vor 3,8x Milliarden Jahren eine „RNA-Welt“, in der Das Leben versuchte, die in kleine Bläschen/Säckchen/Vesikeln verpackte RNA durch Fortpflanzung und kleine chemische Änderungen weiter zu optimieren. Muss eine interessante Zeit für Das Leben gewesen sein, die ganze Welt als Labor... Und der Laborant muss gut gewesen sein, denn aus Bläschen/Säckchen/Vesikeln und etwas RNA wurde etwas, wahrscheinlich Viren. Also Leben oder der entscheidende Schritt zum Leben.

Jetzt muss man nur noch diskutieren, ob Viren „leben“ oder nicht. Lassen wir sie leben – dann ist Das Leben also endlich da.

Heute geht man davon aus, dass die ersten richtigen Lebewesen Vorläufern von Viren sehr ähnlich waren, die sich noch selbst replizieren konnten, so wie das manche Riesenviren heute noch können, deren Vorläufer es in der Entwicklungsgeschichte offenbar nicht geschafft haben, sich zu Bakterien zu entwickeln.

Okay, wir haben das Universum erschaffen, unsere Galaxis, unser Sonnensystem, unsere Erde und die ersten Protolebewesen. Die oder Spuren von ihnen hat man nie gefunden, man weiß wenig mehr als nichts über sie – aber sie haben einen Namen: Luca. „Luca“ steht für „Last Universal Common Ancestor”. Luca ist ein hypothetisches Wesen, eines, das man nie finden wird, man versteht unter Luca die letzte gemeinsame Stammform aller heutigen zellulären Organismenarten, also das (einfachste) Wesen, das "davor" war, vor Bakterien und Archaeen, den gemeinsamen Uropa des Lebens, wie wir es kennen.

Und dann war da evtl. noch ein älterer „Opa“, eher ein „Urgroßonkel“ von Luca, nämlich LucaV, das sollte der „Last Universal Common Ancestor” der Viren sein. Daher das hinzugefügte V.

Der Weg von LucaV zu Luca und von Luca zu Bakterien war ziemlich weit und Zeitzeugen dafür gibt es nicht – jedenfalls hat man keine (z.B. als Versteinerungen) gefunden. Das ist auch nicht zu erwarten. Was man allerdings gefunden hat, sind ca. 3,8 Milliarden Jahre alte versteinerte Urenkel von Luca, also Reste der ersten Bakterien-ähnlichen Wesen, sog. Stromatolithen. In Australien haben einige sogar überlebt...

Jetzt haben wir also endlich „richtige Lebewesen“: Bakterien und entfernte Zombies (nicht richtig lebendig und nicht richtig tot), die Viren. Und bald darauf sollten sich die ersten Archaeen - so eine Art Großneffen von Bakterien - beim Leben anmelden: "Ähm, hallo - wir sind auch schon da...". Und alle sollten bleiben - bis heute. Alle? Das weiß man nicht, aber es ist anzunehmen, dass viele interessante Lebensformen aus dieser Zeit es eben nicht geschafft haben, dass ihre Nischen von anderen "besseren" = erfolgreicheren = überlebenden Lebensformen besetzt wurden. Das Leben ist hart. Es ist ein permanenter brutaler Kampf ums Überleben, damals war es das vielleicht noch viel mehr. 

Das Leben schaute vor 3,8 Milliarden Jahren sicherlich stolz auf verschiedene Formen, die zwar alle noch relativ einfach waren, die aber alle Potenzial hatten. Großes Potenzial. Sie, resp. ihre Nachfahren, wurden die ersten Beherrscher der Welt. Wenn sie glauben sollten, Beherrscher der Welt hießen Putin, Trump oder Xi, dann irren Sie leider. Weit gefehlt. Die wahren Herrscher sind heute immer noch Bakterien, Viren und Archaeen. Sie bilden über 95% der gesamten Biomasse der Erde. Sie mögen körperlich klein sein, aber sie sind viele und sie sind in ihrer Gesamtheit richtig mächtig!   

Die Systematiker unter den Biologen versuchen, einen Überblick über Das Leben zu gewinnen. Dazu teilen sie die lebenden und ausgestorbenen Lebewesen in "Kästchen" und in diverse „Schubladen“ ein. Die höchsten = umfassendsten Einteilungsklassen nennt man „Königreiche“ (sozusagen Lagerhallen mit Räumen in denen große Schubladenschränke mit sehr vielen Schubladen mit den Kästchen stehen), andere nennen sie Domänen.

  • Vor 40 oder 25 Jahren, also in der "Urzeit"der Biologie, kannten die Biologen man gerade Bakterien und Eukaryonten als Domänen. Stand des Wissens damals.
  • Vor 10 Jahren, lange nach der Entdeckung der Archaeen, anerkannten die meisten Biologen dann Bakterien, Archaeen und Eukaryonten als Domänen.
  • Und gerade jetzt erkennen die moderneren Biologen die Viren nach der Entdeckung der Riesenviren als vierte Domäne an. Stand des Wissens heute. 

Domaenen03

 

 

Ich werfe im Text "mal so ganz locker" mit ein paar Milliarden Jahren herum - 109 Jahre sehen gar nicht so lang aus - oder jongliere auch mal mit +/- 500 Millionen Jahren hin oder her. In einer kleinen Zeichnung sieht das dann "richtig niedlich" aus, aber man darf nicht vergessen, dass schon eine Million Jahre ein verdammt langer Zeitraum ist - genug, um den Affen zum Menschen werden zu lassen (und ich will dabei um Gottes Willen keinen Affen beleidigen, ganz im Gegenteil, der Affe ansich liegt mir als Biologe sogar sehr am Herzen).

Wenn man sich das mal ausrechnet, dann sind 1 Milliarde Jahre bei einer angenommenen Generationszeit von 12 Stunden immerhin 730 Milliarden Generationen, in denen entwicklungsgeschichtlich viel passieren kann. Und das ist ja auch nur eine einzige direkte Linie. In Wirklichkeit verzweigt die sich in jeder Generation (teilweise) mehrfach! Dann geht die Anzahl der Fortpflanzungen exponentiell hoch! Das sollte man bei unseren Überlegungen im Kopf behalten: Die Erde ist ein verdammt großes Bio-Labor auf dem höchsten Biosafety-Level! Aussterben vielfach inbegriffen.

Übrigens kann die Generationszeit von Bakterien auch mal nur 20 Minuten betragen... 

 

zeitachse3

Derzeit existieren auf der Erde in jedem Moment ca. 1030 Bakterien und ca. 1032 Bakteriophagen. Bakteriophagen sind kleine Viren, die sich ausschließlich in Bakterien fortpflanzen. Die Zahlen kann man in jedem Biologiebuch, das etwas auf sich hält, nachlesen. Dabei ist das nur bedingt korrekt:

1.    Das hat nie einer gezählt.

2.    Die Zahlen sind aus sehr begrenzten Experimenten hochgerechnet.

3.    Sie betreffen nur die Ozeane, andere Biotoppe (z.B. das Festland, besiedelte Tiere und Menschen) sind nicht eingerechnet.

Gut, wenn man - nur mal so - annimmt, dass auf den Festland genausoviele Bakterien und Viren existieren, wie in den Ozeanen, dann sind es zusammen eben 2*1030 resp. 2*1032 - das "macht den Kohl auch nicht fett".

1030 ist eine GROSSE Zahl! Nur um mal eine Relation zu nennen: Im Universum existieren, so schätzt man, 1025 Sterne. Also gibt es 105 (= 100.000) mal so viele Bakterien und 107 (= 10 Millionen) mal so viele Bakteriophagen in den Ozeanen der Erde als Sterne im Universum. Rechnet man die Anzahl der Bakteriophagen in den Ozeanen auf einen Schluck Wasser herunter, den man als ungeübter Schwimmer beim Baden in der Ostsee mit jedem Schwimmzug aufnimmt, so sind das 109 Bakteriophagen pro Teelöffel Ostseewasser. Jetzt müssen Sie vor lauter Ekel aber den anstehenden Ostsee-Urlaub nicht absagen, denn die identische Zahl Bakteriophagen finden Sie an jedem Strand der Welt im Meerwasser.

Jede einzelne Bakteriophagen-Art braucht eine ganz bestimmte Bakterien-Art, um sich in ihr fortzupflanzen. Da sind Bakteriophagen sehr wählerisch, sehr spezifisch. Bei der dieser Art der Fortpflanzung sterben die Bakterien immer. Immer! Nie hat eine überlebt! Es gibt noch eine andere Form, bei der die Bakterien ZUNÄCHST überleben. Zum Schluß sterben sie immer. Wenn Bakterien rauchen würden, müssten auf ihren Packungen Ekelbilder von Bakteriophagen mit dem Spruch "Bakteriophagen sind immer tödlich" abgebildet sein.

Alle 24 Stunden töten auf diese Art und Weise Bakteriophagen 10x Bakterien. Und genauso viele Bakterien entstehen neu. Man hält sich von Anbeginn an im Gleichgewicht. Wenn die Bakteriophagen zu viele Bakterien bei der Fortpfanzung töten würden, würde es bald nicht mehr genug Bakterien geben, um den Bakteriophagen das Überleben zu sichern. Und würden sie zu wenige bei der Fortpflanzung elimieren, würde der Bakterienbestand explodieren und irgendwann umkippen - auch nicht im Sinne der Bakteriophagen! Das magische Wort lautet "Gleichgewicht"! Irgendwie, aus menschlicher Sicht vielleicht "Gleichgewicht des Schreckens"?

Und noch etwas: Sie können Meerwasser literweise trinken (tun Sie´s nicht!), Sie werden nicht krank werden von den Bakteriophagen! Höchstens von ein paar giftigen Algen...

Aber mit den Bakteriophagen war ich etwas voreilig, die Begeisterung für sie hat mich hingerissen, zu früh zu viel zu erzählen. Lassen Sie uns wieder in der richtigen Reihenfolge bleiben. Fangen wir mit den Lebewesen ganz vorne, andere würden sagen "unten im System" an. Mit den Viren. Dann kommen die Bakterien und schließlich kommen wir zu den Archaeen.

 

Viren

VirenEin Virus ist... 

  1. ... hinterhältig, gemein, krankmachend. Und klein!
    Wer denkt beim Wort Virus nicht gleich an Schnupfen, Grippe oder AIDS, Ebola oder andere Scheußlichkeiten und Gemeinheiten? Viren sind also Infektionserreger. Ja. Aber es muss heißen „ja, aber“ oder „ja, und...“. Wir kommen gleich wieder darauf zu sprechen.

  2. ... eine infektiöse organische Struktur.
    Und da wird es gleich kompliziert: Das Virus existiert in zwei Formen: Außerhalb einer Wirtszelle zur Verbreitung als sog. Virion.
    Das VIRION  wird außerhalb von Zellen durch Übertragung verbreitet (z.B. beim Niesen), kann sich aber nur innerhalb einer geeigneten Wirtszelle als VIRUS vermehren.

Viren kommen in zwei Erscheinungsformen vor:

  1. Als Nukleinsäure (DNA oder RNA) in den Zellen des Wirts. Die Nukleinsäure enthält die Informationen zu ihrer Replikation und zur Reproduktion der zweiten Virusform. Unter günstigen äußeren Bedingungen repliziert die Wirtszelle die Nukleinsäure sofort.

  2. Unter ungünstigen äußeren Bedingungen schleust sich die Virus-DNA in die Wirtszellen-DNA ein und verbleibt dort. Sie wird bei der Fortpflanzung der Wirtszelle als Teil der Wirtszellen-DNA betrachtet und mit vervielfältigt. Das kann beliebig viele Zell-Generationen so gehen. Irgendwann hat die Virus-DNA die Nase voll, sie schleust sich aus der Wirtszellen-DNA aus und fängt den oben beschriebenen eigenen Replikationszyklus an. Der Stoffwechsel der Wirtszelle wird umprogrammiert und die Wirtszelle fungiert als Virus-Fabrik: Es entstehen viele bis sehr viele neue Virionen, die aus der Wirtszelle ausgeschleust werden.

Das oben beschriebene Vorgehen hört sich fantastisch an, das muss doch ein wahnsinnig komplizierter Prozess sein (ist es auch), den nur ein hochkomplexes... ja, was: Lebewesen? Etwas? steuern kann, oder?

Doch Viren verfügen über... Nichts – gut, fast nichts! Das eben „nichts“ Genannte eines Virions ist im Wesentlichen eine Nukleinsäure, auf der die Informationen zur Steuerung des Stoffwechsels einer Wirtszelle enthalten sind, insbesondere zur Replikation der Virus-Nukleinsäure und zur weiteren Ausstattung der Virionen. Die Replikation des Virus kann nur innerhalb der Wirtszelle erfolgen.

Das Virus besitzt keinen eigenen Stoffwechsel, denn es besitzet kein Zytoplasma, das ein Medium für Stoffwechselvorgänge darstellen könnte, und ihnen fehlen sowohl Ribosomen wie auch Mitochondrien. Die brauchten sie aber, um Proteine herzustellen, Energie umzuwandeln und sich selbst zu replizieren.

Virionen sind klein, verdammt klein. Die kleinsten messen  xxx  nm, durchschnittliche Virionen xxx nm. Bislang sind lediglich ca. verschiedene 3.000 Virenarten identifiziert worden.

Jüngst entdeckte Riesenviren weisen Maße von xxx nm mal xxx nm auf. Sie erreichen damit die Form und Größe von Bakterien! Diese Riesenviren erinnern bei Betrachtung durch ein Elektronenmikroskop sehr stark an einen zellulären oder bakteriellen Aufbau. Seit sie bekannt sind, gibt es auch die Einteilung in eine eigene Domäne.

Virionen befallen Zellen von Eukaryoten und Bakterien und Archaeen. Virionen, die Bakterien als Wirte benutzen, werden Bakteriophagen genannt; für Viren, die Archaeen befallen, wird die Bezeichnung Archaeophagen verwendet.

Viren können also krank machen. Das ist ihre eine Seite. Aber verurteilen Sie Viren nicht voreilig! Denn Sie selbst bestehen zu 50% aus Viren!

??? Wie bitte???

Doch, zumindest wenn Sie Ihre DNA untersuchen lassen würden, würde man feststellen, dass ein Großteil Ihres Erbgutes aus Viren-DNA besteht, die sich im Laufe von 3,8 Milliarden Jahren Entwicklungsgeschichte in ihre DNA eingenistet hat, resp. in die ihrer Vorgängerwesen. Und die Liste dieser Vorg#ngerwesen ist lang (und nicht immer appetitlich)! Wenn man so will, waren Sie entwicklungsgeschichtlich Archaee, Einzeller, Wurm, Fisch, Säugetier etc., ehrlich. Sie können nicht für alle Vorfahren ihre Hand ins Feuer legen. Da kann einiges passiert sein. Und immer wieder haben sich DNA-Fragmente in die DNA ihrer Vorfahren eingeschmuggelt – über das Werkzeug verfügen die Viren ja. 

Noch vor ein paar Jahren haben die Gen- und DNA-Fachleute uns erzählt, dass die menschliche DNS zur Hälfte aus "Gen-Müll" bestünde, lauter unnützes "Zeugs" - das war Stand des Wissens damals. Heute sagt uns die nächste Gen- und DNA-Fachleute-Generation, dass es bei dem "Gen-Müll" keinesfalls um Müll handele, sondern um extrem wichtige Bestandteile unseres Genoms, die z.B. für die Immunabwehr unverzichtbar seien. Das sei Stand des Wissens heute. Interessant wäre es, zu erfahren, was die nächste Generation Fachleute uns erzählen wird... Ich finde, dass man diesen Gedanken bei allen Aussagen von Wissenschaftlern und v.a. Ärzten im Auge behalten muss. Ich gehöre z.B. zu der Generation, die sich noch erinnern kann, dass uns erzählt wurde, wir sollten mehr Margarine und weniger von dieser so gefährlichen Butter essen... Oder kaum Salz... Oder permanent in unglaublichen Mengen Wasser in uns reinschütten... Oder denken Sie nur an den Blutdruck - der gesunde Blutdruck soll seit Jahren immer niedriger werden - im Grunde sind wir heute so weit, dass jeder Patient mit teuren Medikamenten (die Nebenwirkungen haben) zu behandeln ist!  Immer war es "Stand des Wissens", und immer hat der sich nach kurzer Zeit geändert. Und immer muss man sich fragen, wer hat die zitierten Studien bezahlt?

 

Bakteriophagen

Lassen Sie uns noch ein wenig über Bakteriophagen plaudern, die sind einfach spannend.

Bakteriophagen sind...

... kleine Viren, die sich auf Bakterien als Wirtszelle für ihre Replikation spezialisiert haben. Dabei sind sie dabei sehr speziell in ihrer Auswahl: In erster Näherung kann man sagen, dass jede Bakteriophagenart genau eine Bakterienart als „Lieblingsbakterie“ hat. Und so heißen sie auch: E. coli-Phage, Staph.-aureus-Phage, Streptococcus pneumoniae-Phage und so weiter. Das System ist damit klar, glaube ich.

In zweiter Näherung gilt: Es gibt es aber auch Bakteriophagen, die ein breiteres Spektrm (verwandter) Bakterien als Wirtszelle verwenden. Das sind dann sog. broad spectrum-Phagen.

Ich habe es oben schon einmal erwähnt: es gibt sehr viele Phagen (Phage ist die lässige Kurzform von Bakteriophage, sagen Sie in Zukunft lässig „Phage“, wird man Sie für einen Insider halten). Man sagt, es seien ca. 1033 allein in den Weltmeeren. Phagen weisen verschiedene Formen auf, die coolsten unter ihnen erinnern an kleine US-Mondfähren mit Landebeinen. Und genau das haben sie: Landebeine!

Phagen02

Bakteriophagengroesse3

Also erst einmal "schwabbeln" diese kleinen Phagendinger irgendwo passiv ´rum. Aktiv bewegen können sie sich nicht – wie auch, ohne Muskeln und Augen oder Flossen? Irgendwann berührt ein Fuß einer Phage durch puren Zufall ein Bakterium, das sich beim Rumschwimmen auch nichts dabei denkt (womit auch?).

Der Phage merkt sofort, ob es sich um „seine“ Bakterienart handelt oder nicht. Ist sie es nicht, bleibt der Phage lässig ungerührt und "schwabbelt" weiter, ist sie es aber, dann hakt er sich (im übertragenen Sinne) beim Bakterium ein. Das geht wahnsinnig fix und irgendwie kriegt er auch andere Füße an dem Bakterium festgemacht. Diese Bindung ist irreversibel! Absolut!

Bakteriophagen

Verschiedene Phagen. Darstellung nach künstlerischen Darstellungen von Ben Darby

 

Andere Phagen greifen sich einen Schwanz (Biologen nennen es „Flagellum“) eines Bakteriums und hangeln sich an dem entlang zum Bakterien-„Körper“. In der Welt der Allerkleinsten und Allerältesten gibt es keinen Trick, der nicht angewendet wird!

Das Bakterium hat von diesem Moment ab realistisch betrachtet keine Chance mehr.

Annäherung

Also, der Phage befindet sich fest auf dem "richtigen" Bakterium. Das bakterium kann ihn nicht mehr abwerfen. Der Phage startet seinen Molekularmotor (doch so etwas hat er) und führt einen sog. Injektor durch die Bakterienwand in das Bakterium ein. Sofort injiziert er mit unglaublichen 50 bar seine DNA in das Bakterium. Als erstes wird der bakterielle Stoffwechsel gestoppt. Das Bakterium ist jetzt eigentlich schon tot, mindedstens ein Zombie – es weiß es bloß noch nicht... Und es arbeitet weiter. Tot. Aber mit einem neuen Programm: Mit der DNA wird ein Code in das Bakterium eingeführt, der das (tote?) Bakterium veranlasst die Produktion von Phagenbestandteilen aufzunehmen – an einer Stelle im Bakterium werden Phagenköpfe hergestellt, an einer anderen  Phagenhälse mit dem Molekularmotor des Injektors und an einer dritten Stelle die Basisplatten mit den Beinen/Füßen.

Replikation2

Das arme Bakterium wird nicht nur von einem Bakteriophagen geentert. Es gibt Fotos, da sitzen mehr als 100 Phagen auf dem bedauernswerten Bakterium. Alle haben ihre DNA in das Bakterium injiziert - sinnlos! Denn das erste Bakterium hat einen Inhibitor für konkurrierende Phagen-DNA in das Bakterium injiziert. Nur der erste Phage wird sich replizieren, die anderen nicht. Pech gehabt. Das leben ist hart in der Mikrowelt! Wie heißt es so schön bei ABBA:

"The winner takes it all
The loser has to fall
It's simple and it's plain
Why should I complain"  

Beschwert sich ja auch keiner, alle kennen die Spielregeln.

Wenn Sie glauben sollten „Just in time“ wurde von der Autoindustrie entwickelt (vielleicht von der deutschen?) können Sie nicht falscher liegen! Die Idee ist mehrere Milliarden Jahre alt: Denn unsere kleinen Freunde, die Bakteriophagen haben „just in time“ erfunden. Damals. Irgendwann. Das muss ziemlich laaange her sein. Die verschiedenen Bauteile eines Bakteriophagen werden zu einem bestimmten Zeitpunkt zusammengeführt und zusammengebaut. Ungefähr so, wie die Bauteile eines Autos an der Konstruktionsstraße zusammengeführt werden: Motor, Achsen, Elektrik, Karosserie.

Schließlich wird ein Stoff gebildet, der die Bakterienwand an geeigneter Stelle zum Platzen bringt, damit die neue Phagengeneration aus der Bakterienleiche entweichen kann, um neue geeignete Bakterien zu treffen, denn sie suchen sie ja nicht, wie wir oben gehört haben.  


Kann man auslassen

Bakterielle Resistenz gegen Bakteriophagen

Auf der Erde tobt seit Äonen (3,x Milliarden Jahre) unvermindert eine gnadenlose Schlacht, in der keine Seite jemals Gefangene gemacht hat, von der es aber weder jemals Berichte im TV noch in Printmedien gegeben hat: Es ist der Kampf zwischen Bakterien und Bakteriophagen! Pro Sekunde finden an 365 Tagen im Jahr und 24 Stunden am Tag 1024 hinterhältige Überfälle von Bakteriophagen auf Bakterien statt.

Noch einmal langsam und zum Mitlesen: 1024 Überfälle pro Sekunde.

Ein ungleicher Kampf, sollte man meinen, mit einer geradezu unendlichen Armee von 1031 hinterhältigen Angreifern (die Bakteriophagen) und nur 1/10, also 1030 hilflosen Angegriffenen (den Bakterien). Allerdings gibt es keine großen Schlachten und keine Terraingewinne, sondern nur ein großes Schlachten.

In dem oben Beschriebenen könnten Sie den Eindruck gewonnen haben, die Bakterien seien hilflose Verteidiger!

Nein, in einer so lange dauernden Auseinandersetzung haben sich die die Bakterien einige Tricks einfallen lassen (müssen), um die Angreifer abzuwehren oder ihre Angriffe ins Leere laufen zu lassen. Sonst gäbe es keine Bakterien mehr (und da die Bakteriophagen auf Bakterien als Wirtszellen angewiesen sind, auch keine Bakteriophagen mehr). Beide Seiten haben großes Interesse an einem permanenten Patt..., "siegen" will keine Seite, man braucht sich!

Das ist so zu verstehen, dass die Bakteriophagen "an sich" die Bakterien "an sich" lebend brauchen, um als Ganzes zu überleben, die einzelne Phage braucht das einzelne Bakterium tot, um die nächste Generation Phagen zu erzeugen.

Jeder einzelne "Kampf" zwischen einem Phagen und einem Bakterium läßt sich auf 6 Schritte reduzieren.

Resistenzmechanismen

Und für jeden Schritt gibt es Beispiele, dass die Bakterien sich zu wehren wissen. Und wenn alles nichts geholfen hat, haben Bakterien individuell noch die Möglichkeit, sich für ihre Artgenossen durch Selbstmord zu opfern - und zwar bevor ihr Organismus 100 neue Bakteriophagen produziert und freugesetzt hat.

Die erste Verteidigungslinie der Bakterien besteht darin, dass Bakterien drei grundsätzlich verschiedene Mittel und Wege gefunden haben, das Andocken von Bakteriophagen an die Bakterien-Wand zu verhindern.


Blockieren der Phagenrezeptoren

ResistenzmechanismusAAusschnitt 


Blockieren des Andockvorganges

a. Bakteriophage hat seinen Rezeptor gefunden und hat am Bakterium angedockt
b. Das Bakterium hat die dreidimensionele Struktur des Rezeptors geändert, der Bakteriophage findet den Rezeptor nicht
c. Das Bakterium hat den Rezeptor „maskiert“, der Bakteriophage findet den Rezeptor nicht
d. Das Bakterium bildet Protein A, das die Bindungsfähigkeit des Bakteriophagen vermindert

Bildung einer extrazellulären Matrix

ResistenzmechanismusBAusschnitt

Das Bakterium produziert eine externe Matrix (aus sog. Exopolysacchariden) und verhindert so den Andockvorgang des Bakteriophagen

Produktion von kompetitiven Inhibitoren
Moleküle, die in der Umgebung von Bakterien natürlich vorkommen, können sozusagen als Hilfstruppen der Bakterien) im Wettstreit mit den Bakteriophagen spezifisch an die Bakteriophagenrezeptorenstellen der Bakterien binden, und diese Rezeptoren so für die Bakteriophagen unbrauchbar machen

Aber auch die Bakteriophagen sind „ja nicht doof“: Die trickreichen Versuche, die Bakteriophagen am Andocken zu hindern, werden von den Bakteriophagen wieder mit noch trickreicheren Methoden umgangen,, sodass es schließlich wieder zum Andocken kommen kann.

Das waren in aller Kürze die raffinierten Methoden, die Bakterien im Laufe der Evolution er/gefunden haben (und die die Wissenschaft bisher entdeckt hat), um sich gegen den ersten Schritt im permanenten Angriff der Bakteriophagen, das Andocken, zu wehren – teilweise erfolgreich und teilweise eben nicht, denn die Bakteriophagen mögen klein sein, sie mögen keine Sinnesorgane haben, sie mögen sich nicht bewegen können und sie haben ganz sich kein Gehirn – aber wenn seit 3 Milliarden Jahren jederzeit ungefähr 1031 Bakteriophagen versuchen, sich in 1030 Bakterien zu vermehren, und das 1024mal in jeder einzelnen Sekunde, dann entstehen dabei eben auch immer wieder ein paar Bakteriophagen und Bakterien, die einen neuen Trick entdeckt haben…
Man nennt das schlicht Evolution.

Aber mit dem Verhindern des Andockens ist die Geschichte ja nicht zu Ende.

Wenn der erste Angriff (das Andocken) doch erfolgreich war, heißt das immer noch lange nicht, dass der Bakteriophage schon gewonnen habe – denn dann hat das Bakterium schon wieder einiges „in petto“, um sich an anderen Stellen im Übernahme- und Fortpflanzungsprozess zu wehren.

Aber das wird dann biochemisch wirklich SEHR kompliziert…

Und weil das so ist, verzichten wir hier darauf, die anderen Methoden dieser ewigen Auseinandersetzung zu schildern. Wenn Sie mehr von diesen Tricks und Gegentricks und Gegengentricks wissen wollen, empfehlen wir, die Arbeit „Bacteriophage resistance mechanisms“ von Labrie, Samson und Moineau, die in NATURE REVIEWS7MICROBIOLOGY im Mai 2010 erschienen ist, zu lesen. Planen Sie etwas Zeit dafür ein… 


In einer Zeit, in der Bakterien Resistenzen gegen immer mehr Antibiotika entwickeln, sind Bakteriophagen übrigens heiße Kandidaten für einen Einsatz in der Humanmedizin als oder besser anstatt Antibiotika, da mit ihnen gezielt bestimmte Bakterien getötet werden können. Hier werden die o.g. broad spectrum-Phagen besonders interessant, da sich mit ihnen ein gewisses Spektrum infektiöser Erreger abgedeckt wird, wobei zu bemerken wäre, dass das natürlich auch mit einem geeigneten Phagen-Cocktail möglich ist.

Das – Ersatz für Antibiotika – waren sie übrigens schon einmal. Kurz nach dem Zweiten Weltkrieg herrschte bekanntlich der Kalte Krieg. Der Westen (genauer die USA und GB) weigerte sich, „den Osten“ mit Antibiotika zu beliefern. Da erinnerte man sich in der UdSSR daran, dass man mit den 1915/17 beschriebenen und seitdem wieder vergessenen Phagen Bakterien bekämpfen konnte. Im Westen fand man die Idee krude („typisch Ostblock, arm und schlecht“) und lachte eher über sie, man hatte schließlich extrem wirksame Antibiotika und entwickelte immer neue – der Pharmaindustrie sei Dank. Die stellte die Entwicklung Anfang der 90ziger Jahre aber ein, weil man glaubte, man habe den antibkateriellen Gral gefunden... Und so richtig war auch kein Geld mehr mit neuen Antibiotika zu verdienen; die Entwicklung war zu langwierig, zu aufwendig und zu teuer geworden.

Bloss hatte man vergessen, die Bakterien davon zu informieren, dass sie verloren hätten... Die sahen das eh anders und entwickelten fleißig (und hinterhältig) Resistenzen gegen Antibiotika, gegen eines nach dem anderen. Irgendwann nahmen die Mediziner das wahr, aber da war es fast zu spät. Den Entwicklungsmotor wieder anzuwerfen war gar nicht so einfach und es wird dauern, bis neue hochpotente Antibiotika entwickelt und in den Markt gebracht sein werden, die die Resistenzen überwinden. Bis dahin könnte ein postantibiotisches Zeitalter in der Medizin ausgebrochen sein, in dem Frauen wieder im kindbettfieber sterben...

Seit ein paar Jahren versuchen innovative Mediziner Phagen gegen resistente Antibiotika einzusetzen. Das funktioniert auch ganz gut – aber die Verfahren der klinischen Prüfungen sind eben auf Pharmafirmen zugeschnitten, die passen nicht für kleine Start ups, die mit Phagen experimentieren. Die Zukunft wird zeigen, ob wir Phagen-„Antibiotika“ bekommen werden oder nicht.

Bakterien können also gezielt und erfolgreich Resistenzen gegen Antibiotika entwickeln – und gegen Bakteriophagen!

Es ist ein seit 3,8 Milliarden Jahren immerwährender Kampf zwischen Bakterien und Bakteriophagen – wer kann den anderen bezwingen und/oder wer kann sich einen neuen Trick einfallen lassen... Und wer findet welchen neuen Trick um den des anderen zu überwinden? Es ist ein ständiges Armaggedon im Kleinsten. Bisher ist kein Sieger in Sicht.

Bakterien

BakterienBakterien sind... 

... ganz erstaunliche Lebewesen. Alleskönner!

... in (fast) jeder noch so unwirtlichen Umbegung überlebensfähig. Man findet Bakterien(sporen) in 100 km Höhe an der Grenze zum Weltraum (höher hat meines Wissens noch keiner ernsthaft gesucht), 6 km tief in Gesteinen, unter dem Eis der Antarktis, in heißen Quellen, rund um black smokers in mehreren Kilometer Tiefe in Ozeanen bei mehr als 100°C. Sie halten hohe Salzkonzentrationen in Salzseen und pH-Werte von 2 bis 12 sowie erstaunlich hohe Dosen Radioaktivität aus.

... die häufigste (unbestrittene) Lebensform auf der Erde: Man schätzt, dass jederzeit etwa 1030 Bakterien allein in den Weltmeeren existieren. Nicht davon zu reden, dass sie auch bei bester Hygiene auf und in Menschen in erstaunlichen Mengen (1014) vorkommen.

... die älteste Lebensform auf der Erde. Es gibt sie seit 3,5 bis 3,8 Milliarden Jahren.

... die nächste biologische Entwicklungsstufe nach unserem alten Freund „Luca“. Und im Gegensatz zu den Viren behauptet niemand, sie würden nicht leben.

... die einfachste Lebensform auf der Erde.

Sie bemerken, dass ich nicht „die primitivste“ Lebensform geschrieben habe? Primitiv sind sie nämlich nicht. Vielleicht einfach, aber nicht primitiv.

Ob sie sich aus Viren entwickelt haben, sei dahingestellt, das sollen andere (mikrobiologisch-paläontologische Entwicklungsgeschichts-Profis) klären. Und da besteht offenbar noch einiger Klärungsbedarf... Aber die neuesten Erkenntnisse gehen in diese Richtung.

Das älteste Lebewesen auf der Erde ist natürlich – wenn überrascht es noch? – ein Bakterium: Bacillus permians. Ungefähr 250 Millionen Jahre alt! Und es lebt tatsächlich! Das „ungefähr“ nehmen Sie mir jetzt bitte nicht als unerträgliche Ungenauigkeit übel.

Geborgen wurde Bacillus permians bei Bohrungen in einer Höhle bei Carlsbad (New Mexico, USA). Es überlebte die Zeiten in einem größeren Salzkristall, in dem sich etwas Salzlake befand, ca. 600 Meter Tiefe.

... wenig erforscht. 95 bis 99% aller Bakterien der Erde sind vermutlich unbekannt.

... typische Prokaryoten: Sie verfügen über eine komplex aufgebaute Zellwand und Ihre die DNA liegt zusammengeknäult in einem Kernäquivalent – nicht in einem Zellkern, dann wären sie Eukaryonten! – frei im Cytoplasma.

... für uns Menschen überlebenswichtig. Ohne Bakterien könnten wir nicht leben.

... Teil von uns. Ein Teil unseres Genoms stammt nicht nur von Viren sondern ein anderer Teil stammt von Bakterien, mit denen sich irgendwelche Vorfahren des menschen irgenwo einmal „angelegt“ haben.

... Wirtszellen für Bakteriophagen, Sie erinnern sich?

BakteriumBakterien kommen in verschiedenen äußeren Formen vor:

  • Kugelförmig (Kokken)
  • Zylinderförmig (Stäbchen)
  • mit mehr oder weniger abgerundeten Enden, wendelförmig
  • mit Stielen
  • mit Anhängen
  • mehrzellige Trichome
  • lange, verzweigte Fäden (Hyphen), die sich verzweigen und eine Mycel genannte Fadenmasse bilden
  • mit mehreren unregelmäßig angeordneten Zellen

Die Größe von Bakterien schwankt stark, doch die Mehrzahl ist sehr klein! Der Durchmesser beträgt etwa 0,6 bis 1,0 µm, ihre Länge 1 bis 5 µm. „Zwerge“ unter den Bakterien sind Mycoplasmen, ihr Durchmesser nur etwa 0,3 µm. „Riesen“ im Reich der Bakterien sind hingegen die photosynthetischen Cyanobakterien, deren Durchmesser zwischen 2 und 8 µm beträgt. Das größte Bakterium ist Thiomargarita namibiensis: Etwa kugelförmig mit einem Durchmesser von 300–700 µm ist es also mit bloßem Auge zu sehen.

Groessenverhaeltnisse mit Staph

Im Cytoplasma findet sich bei vielen Arten zusätzliche DNA in Form von Plasmiden, die unabhängig vom Bakterienchromosom vervielfältigt und bei der Fortpflanzung weitergegeben werden oder sogar en passant von einem Bakterium auf ein anderes übertragen werden können – auch über Artgrenzen hinweg. Sogar außerhalb der Bakterien vorkommende DNA-Bruchstücke können in die bakterielle DNA eingebaut werden.

In diesem Zusammenhang sollte darauf hingewiesen werden, dass im Reich der Bakterien die Definitionen der biologischen Systematik nicht mehr so recht greifen. Denn wenn jeder mit jedem „kann“, was sagt dann noch der Begriff der „Art“, der doch gerade besagt, dass nur der mit der „kann“, die zur selben Art gehört? Das mag jetzt sprachlich kein Höhepunkt sein: Erlauben Sie noch einen Hinweis in diesem Zusammenhang: Beschäftigen Sie sich mal mit Lynn Largulis „Gaia“-Theorie – interessant und lesenswert!

Bakterien sind wahre Lebenskünstler. Sie nehmen (zum Leben), was sie kriegen können. Und wo! Bakterien fühlen sich auch noch in der „ekligsten Ecke“ wohl! Es gibt Bakterien

  • die Sauerstoff benötigen: Obligat aerobe Bakterien haben nur die aerobe Atmung zur Energiegewinnung Verfügung
  • für die Sauerstoff Gift ist: Anaerobe Bakterien gewinnen ihre Energie vornehmlich durch Gärung; für sie ist Sauerstoff toxisch
  • Bakterien, die tolerant gegenüber Sauerstoff sind: Fakultativ anaeroben Bakterien stehen beide Stoffwechselmöglichkeiten (aerobe Atmung und Gärung) zur Energiegewnnung zur Verfügung.

Cyanobakterien haben einen anderen Weg gefunden, sie sind zur Photosynthese fähig, sie leben also mehr oder weniger nur von Licht. Sie leben nach dem alten Motto "Lich´und Luf´gibt Saf´und Kraf´" (das muß ich nicht erläutern, oder?). Sie produzieren Sauerstoff als Stoffwechselendprodukt und waren damit die ersten Umwelt"schweine", die die Atmosphäre von damals nicht nur für alle anderen vergiftet, sondern zum totalen Umkippen gebracht haben! Das Leben hat damals vermutlich nur mit den Schultern gezuckt und sich gedacht: "Sch..., aber passiert ist passiert, gut, dann werden die Folgenden eben Sauerstoffatmer..." und ist wieder ans Reißbrett des Lebens gegangen, um alles neu zu planen. Zum Schluß sind wir Menschen dabei heraus gekommen. Aber es ist noch ein interessanter Gedanke damit verbunden: Sauerstoff ist ein extrem reaktionsfreudiges Gas ... Und trotzdem ist die Sauerstoffkonzentration immer konstant geblieben. Wieso? Wo es über Milliarden Jahre doch genug Reaktionspartner (z.B. Eisengesteine, Waldbrände etc.) gab, die Sauerstoff verbraucht haben. Die Gaia-Theorie betrachtet die Welt als Lebewesen und besagt, Das Leben ansich habe die Sauerstoffkonzentration konstant gehalten... Ich sage doch: Das muss man mal lesen. 

Manche Bakterien bilden Dauerstadien (Sporen) aus, in denen der komplette Stoffwechsel zum Erliegen kommt. In diesem Zustand können die Bakterien für sie ungünstige – auch extreme – Umweltbedingungen überstehen und mehrere Tausend bis Millionen Jahre überdauern – siehe Bacillus permians.

In Prinzip „treibt“ jedes Bakterium der Wille zum Überleben und zur Vermehrung! Diese beiden „Triebe“ scheint Das Leben schon ganz am Beginn des Lebens als „Programm Nummer 1“ in die Zellen eingebaut zu haben – und das Programm scheint ja auch sog. „höheren Wesen“ bis zum Menschen immer noch gut zu funktionieren...

Die Vermehrung der Bakterien erfolgt asexuell durch Zellteilung. Das kann durch Querteilung, durch Knospung, durch Sporenbildung oder auf andere Weise geschehen. Im Prinzip kann ein Bakterium also unsterblich sein, in praxi eher nicht... Stichwort: Bakteriophagen.

Bakterien können mit Hilfe sogenannter Sexpili DNA untereinander austauschen. Nach dem Motto: „Hey, ich habe ´ne super Cephalosporin-Resistenz entwickelt! Was hast Du zu bieten?“ tauscht man unter Bakterien über alle Grenzen, Arten und Rassen  hinweg DNA aus... Das schaffen Menschen höchstens bei "Rassen"...

Mittels der Sexpili können sich die Zellen annähern und dann über eine Plasmabrücke DNA (das Bakterien-„Chromosom“ ganz oder teilweise sowie einzelne Plasmide) von einer Bakterienzelle zur anderen übertragen.

Pili werden nicht unbedingt benötigt, bei engem „Körperkontakt“, wenn sich zwei Bakterienzellen eng aneinander legen, ghet´s auch ohne. Dieser Gentransfer wird vor allem von Gram-negativen Bakterien praktiziert. Bei Gram-positiven Bakterien werden Bakteriophagen als Überträger benutzt.

Bakterien in Flüssigkeiten schwimmen im Medium angetrieben durch Flagellen, das sind etwa 15 bis 20 nm dicke Proteinfaden. Sie werden wie ein Propeller gedreht, wodurch der Vortrieb erzeugt wird.

Aufgrund biochemischer Untersuchungen vermutet man, dass einige Bestandteile vieler Eukaryonten-Zellen (z.B. Chloroplasten und Mitochondrien) ursprünglich eigenständige Bakterien waren. Diese Organellen zeichnen sich durch eine Bakterien-typische Doppelmembran aus und enthalten eigene DNA. Belege dafür sind die Ergebnisse der rRNA-Sequenzierung und die Organellproteine, die eine stärkere Homologie zu den Bakterienproteinen ausweisen, als zu den Eukaryoten.

Ein Mensch besteht aus etwa 1013 Zellen, auf und in ihm befinden sich etwa zehnmal so viele Bakterien, also 1014. Im Mund eines Menschen leben insgesamt etwa 1010 Bakterien. Was glauben Sie, was einem langen "Zungenkuss" passiert? genau, Sie erhalten u.a. eine neue Mundflora! Aber keine Angst, das funktioniert jetzt recht gut länger als Menschen einander küssen, die Küssenden fallen ja nach einem Kuss nicht gleich um - und später auch nicht.

99 % aller im und am menschlichen Körper lebenden Mikroorganismen, das sind mehr als 400 verschiedenen Arten, überwiegend Bakterien, leben im Verdauungstrakt und bilden die sogenannte Darmflora. Sogar in der Lunge gesunder Menschen wurden in jüngster Zeit aufgrund einer neuen Untersuchungsmethode im Rahmen des Mikrobiom-Projekts 128 Arten von Bakterien entdeckt. Das restliche Prozent (das sind immer noch >1011 Bakterien) lebt u.a. auf der Haut, gerne in "Feuchtgebieten", also hinter den Ohren, unter den Achseln, zwischen den Zehen etc., eben überall da, wo es am Menschen "feuchtelt" und manchmal gerne ein wenig riecht...

Basierend auf einer 16S-rRNA-Sequenzierung vermutet man mehr als 50 verschiedene Bakterien-Phyla. Die Existenz dieser Phyla wird anhand großer, in Umweltproben immer wieder auftauchender Gruppen bestimmter rRNA-Sequenzen vorhergesagt, jedoch konnte bisher kein Bakterium aus diesen Phyla kultiviert werden.

Bakterielle Infektionen

Lange genug von Bakterien geschwärmt. Sie sind ja nicht nur toll. Sie verursachen Infektionen, lassen Menschen sterben.

Ja, aber... Klar, sie verursachen Infektionen etc., aber wollen sie das wirklich? Eigentlich können sie als unsere Symbionten kein Interesse daran haben, ihren Wirt zu töten, das wäre dumm. Und Bakterien mögen alles sein. Nur eines nicht: Dumm!

Nein, Bakterien verursachen Infektionen eigentlich nur, wenn sie an Orte IM Körper kommen, wo Das Leben und Mutter Natur sie eigentlich nicht vorgesehen haben: Im Körper! In Körperflüssigkeiten!

Jetzt werden Sie sich fragen, ob ich denn jetzt spinne... Erst schreibe ich "1014 Bakterien im Darm" und dann sage ich, Bakterien hätten im Körper nichts zu suchen. Nein, das ist kein Widerspruch, denn "im Darm" ist außerhalb vom Körper - überlegen sie mal genau... Sehen Sie!

innen aussen

Jetzt hat es also einen Unfall gegeben - der Mensch hat eine bakterielle Infektion erworben. Was nun?

Das Leben hat uns den Weg gewiesen. Bakterien und Pilze haben im Laufe von 3,x Milliarden Jahren Evolution chemische Substanzen entwickelt, die sie in ihre Umgebung abgeben, um andere Bakterien zu bekämpfen: Antibiotika! Und Das Leben hat einigen Menschen genug "Köpfchen" mitgegeben, um das zu erkennen und daraus etwas zu machen: Pharmaindustrie und Antibiotika.

Ob Sie es glauben oder nicht, die Pharmaindustrie in den USA und England beruht auf der Entwicklung der Penizillin- und Cephalosporin-Antibiotika und den damit verbundenen riesigen Gewinnen. Man redet nicht darüber, ist aber so!

Gut, der Doktor hat eine Infektion festgestellt und verschreibt ein Antibiotikum - Patient gesundet. Aufgrund dieser positiven Erfahrung macht er das immer wieder und wieder und wieder. Und auch dann, wenn die Erreger keine Bakterien sondern Viren sind, bei denen Antibiotika nicht wirken.

Die Bakterien fanden das Bombardement mit Antibiotika erst nicht gut, dann gewöhnten sie sich daran und schließlich störte es sie gar nicht mehr - sie waren resistent geworden! Problem gelöst - aus Sicht der Bakterien. Wahrscheinlich haben sie im Laufe ihrer Evolution schon größere gelöst. Aber großes Problem aus Sicht der Menschen. Jetzt müßten neue Antibiotika her (und ein geändertes Verhalten der Ärzte: Zum Beispiel vor einer Antibiotikatherapie erst einmal testen, ob es sich überhaupt um eine bakterielle Infektion handelt oder um eine virale? Und um welches Bakterium handelt es sich denn?) - aber woher nehmen? Die Pharmaindustrie ist an der Entwicklung neuer Antibiotika nicht sehr interessiert: Das dauert lange und ist sehr teuer und Patente gelten nur 15 Jahre. Mit Mitteln, die den Haarwuchs bei "glatzerten" Männern oder zum Fettabbau bei Frauen lassen sich leichter und schneller mehr Millionen verdienen.

Ich habe oben schon darauf hingewiesen: es gäbe da ja noch die Phagen, das sind die natürlichen Feinde der Bakterien in freier Wildbahn. Die könnte man doch einsetzen?

Ja, aber...

... im Prinzip schon.

... die Idee kommt aus Russland und ist daher von Haus aus schlecht.

... Bakteriophagen zu patentieren, kann problematisch sein. Damit das Geldverdienen!

... die Zulassungsverfahren in den USA und in der EU sind auf PharmaPRODUKTE ausgerichtet und nicht auf Phagen.

Man probiert es ja auch schon. Und es scheint auch zu funktionieren. Aber man probiert es eben nur in ganz wenigen westlichen Kliniken und nur bei auskurierten Extremproblemfällen, da sind die Ergebnisse dann nicht sooo toll! In Georgien setzt man Bakteriophagen bei Mukoviszidose ein, die Ergebnisse sollen sehr vielversprechend sein.

Naja, Bakterien und Bakteriophagen haben ja eine sehr spezielle Beziehung mit- und zueinander. Sehr speziell heißt in diesem Zusammenhang "sehr spezifisch", sehr ausgewählt! Und das heißt wieder, jede Bakteriophagenart bindet nur an eine - ihre - Bakterienart. Bedeutet: E. coli-Phage bindet nur an E. coli, S. aureus-Phage bindet nur an S. aureus usw.

Da müßte man doch etwas draus machen können? Zum Beispiel einen Test, der Bakteriophagen einsetzt, um Bakterien zu identifizieren. Die Reaktion zwischen Phage und seinem Bakterium geschieht "sofort" im Millisekundenbereich und die Bindung ist nicht lösbar. So ein Test müsste ohne Labor auskommen und extrem einfach durchzuführen sein.

Gut, man bräuchte die Phagen, die müssten gefunden, gereinigt und gezüchtet werden. Für jede Bakterienart einen Bakteriophagen. Puh..., für jede Art?

Ja, aber die Anzahl ist überschaubar. Ich schätze die Zahl der Bakterienarten, die 99,5% aller Infektionen erregen auf 25. Das ist überschaubar. Wenn man daran denken würde, vielleicht jeweils 5 typische Erreger von verschiedenen Infektionsarten in einen Test zu packen, müsste der Arzt höchstens 5 Tests durchführen, um das erregende Bakterium zu identifizieren. In vielleicht 10 Minuten. mensch, das würde die Medizin revolutionieren...

Insbesamt gibt es weltweit vielleicht 100 Bakterienarten, die beim Menschen als Erreger bekannt sind. Sogar das sollte zu schaffen sein. 


Den Rest verstehen Sie bitte erst einmal als Skizze - da ist noch viel zu tun

Archaeen

ArchaeenArchaeen sind ...

... einzellige Organismen, bei denen - wie bei den Bakterien - die DNA als Kernäquivalent im Zytoplasma vorliegt.

... eine der vier Domänen, in die alle zellulären Lebewesen eingeteilt werden.

... entwicklungsgeschichtlich fast! so alt wie Bakterien.

... den Bakterien einerseits sehr ähnlich, andererseits teilweise! auch sehr verschieden!

Komisch, im Gegensatz zu den Bakteriophagen fällt es mir schwer zu Ihnen so etwas eine "Beziehung" aufzubauen... Wenn Sie das nicht verstehen, dann erklären Sie mir mal, wie man sich mit Lebewesen anfreundet, die in heißen Vulkanquellen oder in 10.000 Meter Wassertiefe Wassertemperaturen von 110°C oder pH-Werte von 0 oder 12 noch als "muggelig" empfinden, oder die Methan atmen?

Während Bakterien entwicklungsgeschichtlich vermutlich immer & überall irgendwie langweilig blieben (im Laufe der Entwicklung des Lebens brachten sie immer wieder nur Bakterien hervor (mit vielleicht etwas anderen Eigenschaften; sich also an den Spruch "Schuster, bleib´ bei Deinen Leisten..." hielten), versuchten die Archaeen immer mal wieder etwas phantasievoll Neues... Vermutlich versuchten sie sogar alles mögliche - und sie waren dabei nicht schlecht als Erfinder: U.a. wurden aus ihnen vor ca. 1,5 Milliarden Jahren etwas ganz Neues - "Viecher mit echtem Zellkern und teilweise! ohne Zellwand.

Mit anderen Worten, sie wurden zu Eukaryonten, also Amoeben, Pilzen, Pflanzen, Tieren und last but not least auch zu Menschen. Welch ein Weg... Ob letzteres gesamtentwicklungsgeschichtlich gesehen allerdings eine gute Entscheidung war, bleibt dahingestellt - ich verweise nur auf eine anstehende Aussterbe-Katastrophe! Aber die gab es schließlich auch schon vor uns einige Male (bezüglich der letzten fragen Sie mal einen Dinosaurier, wenn Sie ´mal einen treffen...).

Um das klarzustellen, alle Eukaryonten sind KEINE Archaeen mehr, sie sind etwas Neues - eben Eukaryonten!

Der Biologe glaubt inzwischen, dass die Wahrscheinlichkeit sehr hoch ist, dass sich die Eukaryonten also aus Archaeen oder einer aus Archaeen hervorgegangen Zwischengruppe entwickelt hätten. Der letzte gemeinsame Vorfahr aller heutigen Eukaryoten – Leca = Last Eukaryotic Common Ancestor – sollte schon sowohl einen "richtigen" = abgegrenzten Zellkern als auch Mitochondrien besessen haben, da alle bisher untersuchten Eukaryoten Mitochondrien, mitochondrienartige Organellen oder zumindest Kern-DNA von mitochondrialem Ursprung (übertragen durch lateralen Gentransfer) besitzen. Die Biologen streiten allerdings noch, einige behaupten steif und fest etwas anderes. nach ihrer Meinung stammen Zellkern und Mitochondrien von "verschluckten" Viren oder Bakterien.

Genau genommen weisen Archaeen immer noch viele Parallelen zu Bakterien auf - ist ja auch kein Wunder, verweisen sie in ihrem Stammbaum doch auf einen gemeinsamen "Opa": Unseren oben schon häufig geannten Luca!
Na gut, ersetzen Sie "Opa" besser durch "gemeinsamen genetischen Vorfahren" (was ist das anderes als ein Opa?). Dennoch besitzen sie bakterielle Eigenschaften wie z. B. die Zellgröße, das Fehlen eines Zellkerns, die Art der Zellteilung, das Kernäquivalent und verhältnismäßig einfache Flagellen und Ribosomen mit dem Sedimentationskoeffizienten 70S (allerdings sind die archaeellen Ribosomen komplexer in ihrer Struktur). Die Gene beider Domänen sind in sogenannten Operons organisiert. Archaeen können auch Plasmide tragen.

Die separate Stellung der Archaeen als eine eigenständige Domäne ist seit Ende der 70er Jahre des letzten Jahrhunderts unangefochten. Sie ist begründet durch eine Reihe genetischer, physiologischer, struktureller und biochemischer Merkmale, insbesondere durch deutliche Unterschiede in der Sequenz der in den Ribosomen enthaltenen RNA.

Zentrale molekulare Prozesse, zum Beispiel Translation und Transkription, sind denjenigen der Eukaryoten recht ähnlich: Archaeen benutzen ähnliche, aus mehreren Proteinuntereinheiten zusammengesetzte RNA-Polymerasen (Rifampicin- und Streptolydigin-resistent), bei der Translation kommen sehr ähnliche Initiations- und Elongationsfaktoren vor, der Beginn der Transkription wird durch eine sogenannte TATA-Box markiert.

Wie Bakterien sind auch die Archaeen in ihrer Form äußerst divers. Die Größen bzw. Längen der archaeellen Zellen variieren von etwa 0,4 bis zu 100 µm, durchschnittlich sind die Zellen etwa 1 µm groß. Die Zellen zeigen verschiedene Formen, z. B.: Kokken, Stäbchen, Spirillen-förmig, gelappte Kokken, Scheiben, lange Filamente oder sogar quadratisch. Sie besitzen oft Flagellen zur Fortbewegung, oder auch fadenartige Anhängsel zur Anheftung an Oberflächen.

Die Archaeen besitzen jedoch auch viele einzigartige Eigenschaften, besonders der Aufbau der Zellwand zeigt deutliche Unterschiede zu den anderen Domänen: Die archaeellen Zellwände enthalten Pseudopeptidoglycan und sind generell sehr vielfältig in ihrem Aufbau: Manchen Archaeen fehlt eine Zellwand völlig, andere besitzen hochkomplexe, aus vielen Schichten bestehende Zellwände. Viele Archaeen sind an extreme Milieubedingungen angepasst. Einige Arten wachsen bei Temperaturen von über 80°C, sogar bis zu 110°C, andere leben in hoch konzentrierten Salzlösungen oder in stark saurem Milieu bzw. in stark basischem Milieu. 

Einige Archaeenarten können sich in Relation zu ihrer Größe sehr schnell fortbewegen. Methanocaldococcus-Arten die schnellsten bislang vermessenen Lebewesen. Sie schaffen pro Sekunde "locker" 400- bis 500mal ihre Körperlänge („bodies per second“, abgekürzt „bps“). Sie können das ja mal für Ihren Ferrari berechnen. Wenn Sie technischen Daten gerade nicht zur Hand haben: Ein Ferrari 458 ist 4,53 m lang... Ich komme da auf schlappe 6.500 km/Stunde.  Das IST schnell.
Das Bakterium Escherichia coli bewegt sich dagegen mit rund 20 bps ähnlich schnell wie ein Gepard fort.

Darüber hinaus kommunizieren Archaeen miteinander und koordinieren so ihr Verhalten.

Archaeen wurden zuerst in extremen Umgebungen entdeckt, z.B. in vulkanischen Thermalquellen. Die meisten der bisher bekannten Archaeen sind Extremophile. Viele Archaeen besitzen die Fähigkeit, bei sehr hohen Temperaturen (> 80°C), sehr niedrigen oder sehr hohen pH-Werten (Acidophile bzw. Alkaliphile), hohen Salzkonzentrationen (Halophile) oder hohen Drücken (Barophilie) zu leben.

Hyperthermophile Archaeen findet man häufig in vulkanischen Gebieten, marinen (Schwarzer Raucher) und terrestrischen (Geysire, Solfatarenfelder), so z. B. vulkanisch geprägten Habitaten des Yellowstone-Nationalparks. Halophile gedeihen gut in Umgebungen mit hohem Salzgehalt, so z. B. im Toten Meer oder auch in natürlich vorkommenden marinen Solen.

Auch methanogene Archaeen sind in gewisser Weise „extrem“: Sie wachsen ausschließlich unter anoxischen Bedingungen und benötigen häufig molekularen Wasserstoff für ihren Stoffwechsel. Diese Archaeenarten sind relativ weit verbreitet und kommen in Süßwasser, Meer und Boden vor, aber auch als Symbionten im Darmtrakt von Tieren und Menschen. Archaeen konnten sogar - allerdings selten - in den Falten des menschlichen Bauchnabels nachgewiesen werden.
Wegen dieser „Extremophilie“ hat man die ökologische Bedeutung der Archaeen zunächst als relativ gering eingeschätzt. Erst in den letzten Jahrenhat man erkannt, dass Archaeen zu großen Anteilen in verhältnismäßig kaltem Meerwasser, aber auch in Böden und Süßwasser-Biotopen vorkommen. In bestimmten ozeanischen Bereichen machen z. B. Crenarchaeota bis zu 90% der vorhandenen Lebewesen aus. Insgesamt schätzt man, dass in den Ozeanen etwa 1028 Archaeen und 1030 Bakterien vorkommen, auf jeweils 100 Bakterien kommt also ein Archeon. 

Bislang sind keine Krankheitserreger aus der Gruppe der Archaeen bekannt. 

Archaeen wurden beim Menschen im Darm (Colon), im Mund (Zahnflora), im Bauchnabel und in der Vagina nachgewiesen.
Obwohl Archaeen in engem Kontakt zum Menschen stehen, gibt es keinen Hinweis auf humanpathogene Arten. Es wurde aber eine Korrelation zwischen Erkrankung und Anzahl von methanogenen Archaeen nachgewiesen: Je mehr Archaeen beispielsweise im (entzündeten) Zahnfleisch vorhanden waren, desto stärker war eine entsprechende Parodontitis ausgeprägt. Hierbei treten insbesondere Archaeen der Art Methanobrevibacter oralis auf. Auch bei Patienten mit Darmkrebs bzw. Divertikulose war die Menge methanogener Archaeen in jenen Bereichen erhöht. Dennoch tragen diese Archaeen nur indirekt zur Erkrankung bei, indem sie das Wachstum echt pathogener Bakterien fördern – die Archaeen selbst sind es nicht. Wenn man Archaeen als „Co-Pathogene“ oder „Pathobionten“ (Symbionten, die unter bestimmten Bedingungen pathologisch werden) betrachtet, dann könnte die Erkrankung mit Medikation therapiert werden, die diese Archaeen zum Ziel haben. So inhibieren beispielsweise Statine das Wachstum der bei einer Parodontitis vergesellschafteten Methanobrevibacter oralis.
Warum die bekannten Archaeen nicht humanpathogen sind, ist noch nicht eindeutig geklärt.

Biotechnologisches Potential

Vor allem die Extremophilen besitzen viele Eigenschaften, die sich biotechnologisch nutzen lassen. Einige Beispiele, die sich bereits in der Entwicklungsphase oder Anwendung befinden:

Biotechnologie

  • Biogas-Gewinnung
  • Mikrobielle Erzlaugung („microbial ore leaching“ oder „bioleaching“): Bei diesem Prozess werden niederwertige, sulfidische Erze ausgelaugt (die Sulfidanteile werden mikrobiell zu Sulfat oxidiert und dadurch die Schwermetalle in einen löslichen Zustand überführt); dies wird zum Beispiel zur Gewinnung von Kupfer, Zink und Nickel angewendet.

Medizin: Verwendung von Zellwandbestandteilen (sogenannte S-Layer) als Träger für Impfstoffe

Nanotechnologie

  • Verwendung der S-Layer für die Ultrafiltration
  • Bacteriorhodopsin/ Purpurmembran phototropher halophiler Archaeen als Biosensoren

Biologie

  • Gewinnung hitzeresistenter Enzyme, z. B. α-Amylasen, proteolytische Enzyme, DNA-Polymerasen
  • Gewinnung neuer Restriktionsenzyme
 

 

 

 


[1] Der Kuipergürtel ist eine ringförmige, relativ flache Region, die sich in unserem Sonnensystem außerhalb der Neptunbahn in einer Entfernung von ungefähr 30 bis 50 Astronomische Einheiten (AE) erstreckt.

 

 

 

 

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Weil hier absolut nichts "Wirtschaftliches" stattfindet und ich als Websitebetreiber keine juristische Person/Firma bin, habe ich von einer Angabe von Steuer(Ident)nummer und Bankverbindung abgesehen. Ich hoffe, das ist für Sie okay - ansonsten können Sie mich ja fragen... (wenn es Sinn macht). Es handelt sich bei VEBQUERSTROM um eine sehr private Website, die Ihrer Unterhaltung dienen und - manchmal mit unsäglichen Kommentaren - auch zum Nachdenken anregen will. Irgendwelche wirtschaftlichen Interessen stehen an keinem Punkt dahinter! Sie können die Artikel und Bilderserien nur konsumieren, nicht kommentieren, also können Sie sich auch nicht als User registrieren. Ein Email-Versand findet nicht statt, das wäre mir viel zu viel Arbeit...

Ob die Website Cookies verwendet oder irgendwelche Daten von Ihnen speichert? Ob irgendwelche Google-Tools im Hintergrund laufen? Ehrlich, liebe User, ich weiss es nicht - und wenn, dann komme ich an diese - Ihre - Daten nicht heran. Ihre Daten interessieren mich auch nicht. Und andere kommen auch nicht an Ihre Daten, hoffe ich. Ich weiß allerdings nicht, ob irgendwelche UK-/US-Geheimdienste mitlesen!!! Also seien Sie lieber vorsichtig...


UNO


Der Rentnerausweis von der BFA ist doch echt Sch..., oder?
Der hier ist besser, sieht gut aus und funktioniert
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Rentnerausweis22 RückseiteRückseite

Mein Ausweis ist mir inzwischen sehr lieb geworden...


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»Wenn da eine Träne kullert, so es doch nur ein Aug’, das pullert«
Geklaut von Christine Prayon= Birte Schneider