Reaktionen von wirts-assozierten und freilebenden Endoriftia

Mutualismus zwischen mikrobiellen Symbionten und Wirtstieren ist allgegenwärtig. Eine der spektakulärsten Assoziationen ist der Mutualismus zwischen dem Schwefelbakterium, genannt Candidatus Endoriftia persephone, und dem Riesenröhrenwurm Riftia pachyptila. Diese Tiere leben an Hydrothermalquellen in der Tiefsee des Pazifiks. Die Wurmer vermehren sich durch Larven, die sich im Meerwasser verbreiten. Die Larven besitzen keine Symbionten. Diese werden vom Wirt aufgenommen sobald die Larven eine neue Quelle besiedeln. Die adulten Wurmer besitzen keinen Mund und Darmtrakt und werden ausschließlich von ihren Symbionten ernährt. Diese leben im Inneren des Wurms in einem speziellen Organ. Der Wirt liefert den Symbionten alle anorganischen Nährstoffe (Sauerstoff, Sulfid, Kohlendioxid) notwendig zur Chemosynthese, ein Prozess ähnlich der Photosynthese in Pflanzen in dem organischen Material produziert wird. Der Wirt ist jedoch von der Umwelt abhängig, in der die notwenigen Chemikalien stark fluktuieren. Wie der Symbiont auf den variablen Nachschub an Chemikalien reagiert ist weitgehend unbekannt. Versiegt eine Quelle jedoch, bleibt der Nachschub aus und der Wurm stirbt. Nicht so die Symbionten, die dann den toten Wirt verlassen. Wie sie dies bewerkstelligen ist nicht bekannt. Genexpressionsmuster des Symbionten im lebenden Wirt mit unterschiedlichen Konzentrationen von Sauerstoff und Sulfid, im toten Wirt und freilebend im Seewasser und auf Oberflächen sollen vergleichend Aufschluss uber die Physiologie des Symbionten geben. Zusätzlich soll untersucht werden, ob der Symbiont nicht auch heterotroph leben kann, besonders dann wenn Umweltbedingungen Chemosynthese nicht zulassen, wie zum Beispiel weiter weg von Quellen in der Tiefsee. Dazu wurden bereits eine Reihe von Experimenten in Hochdruckaquarien während zwei Forschungsreisen mit dem Forschungsschiff Atlantis und dem UBoot Alvin zu den Hydrothermalquellen im Pazifik durchgefuhrt. Diese Studie wird zu einem besseren Verständnis uber die Evolution dieser außergewöhnlichen Partnerschaft beitragen.

Mutualismus zwischen mikrobiellen Symbionten und eukaryotischen Wirten ist allgegenwärtig. Einer der gut untersuchten Mutualismen ist die Assoziation zwischen dem Schwefelbakterium Candidatus Endoriftia persephone und seinem Wirt, dem Röhrenwurm Riftia pachyptila von hydrothermalen Tiefseequellen. Der Wirt hat als Erwachsener weder Mund noch Darm und wird von seinem Symbionten ernährt. Die Symbionten erhalten alle für die Chemoautotrophie notwendigen Chemikalien (Sauerstoff, Sulfid, Kohlendioxid) vom Wirt, einem Prozess, bei dem organischer Kohlenstoff ähnlich wie bei der Photoautotrophie in Pflanzen produziert wird. Um das Zusammenspiel zwischen Partnern besser zu verstehen, haben wir das Genom des Wirts sequenziert und das Genom des Symbionten geschlossen. Interessanterweise ist das Genom des Wirts durch eine reduktive Evolution gekennzeichnet, die in hohem Maße von einem obligatorischen symbiotischen Lebensstil abhängt. Im Gegensatz dazu gedeiht der Symbiont in Verbindung mit dem Wirt, aber auch in der Umwelt mit einem äußerst vielseitigen autotrophen und heterotrophem Genrepertoire. Die Metagenom Sequenzierung von freilebenden Populationen und Wirtspopulationen ergab, dass die Variationen der Symbionten im Wirt von einer Variante dominiert werden und eine Teilmenge der in der Umwelt vorkommenden Varianten sind. Genexpressionsstudien am freilebenden Symbionten, die in Hochdruckgefäßen durchgeführt wurden, sind noch nicht abgeschlossen, da die letzten Experimente erst während einer Forschungsreise im Sommer 2023 durchgeführt wurden. Während dieser Kreuzfahrt konnten wir auch untersuchen, wie die Röhrenwürmer hydrothermale Quellen besiedeln. Früher wurde vorgeschlagen, dass sich deren Larven von der Wassersäule abwärts schwimmen oder zu den Quellen sinken. Bei Röhrenwürmern ist jedoch unbekannt, woher und wie diese Larven an die Quellen gelangen und sich dort niederlassen, da diese bis heute nicht in der Wassersäule gefunden wurden. Eine ungeprüfte Hypothese für den Ausbreitungsmechanismus ist die Besiedlung der Larven durch die flache Erdkruste in porösen Vulkangesteinen, Kanälen und kleinen Hohlräumen unter der Oberfläche. Auch das Vorhandensein von Tieren unterhalb der Quellen wurde nie erforscht. Während dieser Kreuzfahrt entdeckten wir erwachsene sessile Röhrenwürmer und mobile Tiere aller trophischen Ebenen in der Erdkruste. Dieser Befund ist unseres Wissens nach in der Tiefsee beispiellos. Mit dieser Entdeckung können wir zeigen, dass hydrothermale Quellen nicht nur an der Erdoberfläche, sondern auch unter der Oberfläche existieren.