Die kartoffelförmigen Kerlchen sind nur ein paar Tausendstel Millimeter groß. Aber sie gelten derzeit in der Mikrobiologie als Stein(e) des Anstoßes. Derart ungewöhnliche Organismen hatte die Wissenschaft jedenfalls noch nie zuvor gesehen! Diese Bakterien scheinen nämlich zu beweisen, dass Leben sich stets neue Wege sucht, um selbst unter unwirtlichsten Bedingungen zu überdauern.

Schon lange sind Extremophile bekannt, Organismen, die zwangsläufig das Extrem »lieben«, weil sie eben keine andere Wahl haben, um überhaupt leben und überleben zu können. Doch tatsächlich wachsen und gedeihen sie dort, wo sie lange Zeit niemand vermutet hätte: an Orten, die eigentlich vom Tod regiert werden. Die Extremophilen finden sich in Kerosintanks von Flugzeugen und radioaktiv verseuchtem Kühlwasser ebenso wie auf kochend heißen unterseeischen Schloten oder in extremer antarktischer Kälte.

Diese hart gesottenen Mikroben haben der Wissenschaft das scheinbar Unmögliche vorgelebt, im Sinne des Wortes. Und sie ließen auch solche Forscher aufhorchen, die nach Leben und Lebensmöglichkeiten draußen im All suchen. Auf welchen Planeten oder Planetentrabanten könnten sich Organismen entwickelt haben oder überdauern, sollte es sie durch widrige Umstände einmal dort hin verschlagen? Zumindest an der Außenwand der Internationalen Raumstation ISS und auch auf dem Mond überdauerten einige Formen. Die Astrobiologie versucht, Extremophile zu erforschen, um dadurch stets aufs Neue festzustellen, wie sich die Grenzen des Lebens zu immer exotischeren Umweltbedingungen hin verschieben.

Bisher aber gab es die eherne biochemische Grenze, dass alles Leben auf sechs Grundelementen basiert – Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Schwefel und Phosphor. Wir erinnern uns: Letzterer findet sich als zentraler Baustein im Energieträger-Molekül ATP, in Zellmembranen oder auch im chemischen Rückgrat der Erbsubstanz. Im viel zitierten DNA-Kettenmolekül ist Phosphor ein wesentlicher Teil der Nukleotide, hier bildet er als Phosphatrest abwechselnd mit dem Zucker Desoxyribose die »Leiterholme« des Doppelstranges, dessen Sprossen aus Paaren von vier Kernbasen bestehen.

Nie zuvor sah man allerdings Bakterien, die durch Einverleiben von Arsen wachsen, die Arsen in ihre Biologie einbauen. Am 2. Dezember 2010 wurde dieses Dogma radikal durchbrochen, mit offenkundig weitreichenden Konsequenzen für die Mikro- wie auch die Astrobiologie. Die für die NASA tätige Forscherin Felisa Wolfe-Simon berichtete kürzlich über ihre sensationelle Entdeckung. Sie hatte genau solche, mehr als nur exotische »Arsen-Bakterien« im Schlamm des kalifornischen Mono Lake gefunden, dessen bizarre Inseln aus hoch aufragenden Salzkristallen beim staunenden Besucher ohnehin schon deutliche Assoziationen außerirdischer Landschaften wecken. Park Ranger animieren jeden Neuankömmling dazu, doch einmal vom Wasser dieses einmaligen Sees zu nippen. Eine echte Salzsuppe! Und die Mikroben des Mono Lake schienen nun ihrerseits die altgewohnte Suppe der Mikrobiologen ganz tüchtig zu versalzen!

Wie sich offenbar herausstellte, gedeihen die von Wolfe-Simon untersuchten Bakterien vom Halomonadaceen-Stamm GFAJ-1 dort tatsächlich prächtig in einem ziemlich arsenhaltigen Medium. »Wir wissen, dass einige Mikroben Arsen atmen können, doch was wir nun gefunden haben, das ist eine Mikrobe, die etwas Neues tut – sie stellt Teile ihrer selbst aus Arsen her«, so die Mikrobiologin.

Nur, spätestens seit Arsen und Spitzenhäubchen weiß wohl jedermann, dass dieses chemische Element für den Menschen recht ungesund ist. Und diese Feststellung galt eben bisher auch ziemlich allgemein für das Leben auf unserer Erde. Arsen und Phosphor sind sich chemisch ähnlich, daher passiert es schnell, dass die falsche Substanz in den Stoffwechsel gerät, der dadurch massiv gestört und unterbrochen wird. Deshalb ist das Zeug so giftig.

Umso verblüffender die aktuellen Ergebnisse der im renommierten Wissenschaftsmagazin Science veröffentlichten Studie, die immerhin zwölf Wissenschaftler als Autoren nennt. Hauptautor: Ronald S. Oremland vom U. S. Geological Survey. Mit von der Partie außerdem der sehr bekannte britische Physiker, Kosmologe und Astrobiologe Paul C. W. Davies. Die Arbeit schien demnach also doch einiges Gewicht zu haben. Und die US-Weltraumbehörde strich in ihrer Pressemeldung klar heraus: »Die von der NASA finanzierte astrobiologische Forschungsarbeit hat das grundsätzliche Wissen darüber, was all das auf der Erde bekannte Leben umfasst, verändert«. Führende NASA-Persönlichkeiten bestätigten die Einzigartigkeit des Fundes. Ed Weiler, langjähriger NASA-Manager in Washington, erklärte: »Gerade wurde die Definition des Lebens erweitert. Während wir unsere Bemühungen weiterführen, nach Anzeichen von Leben im Sonnensystem zu suchen, müssen wir unsere Überlegungen nun differenzierter, auf breiterer Basis anstellen, und Leben in Erwägung ziehen, wie wir es nicht kennen«.

Und dennoch bleibt die Frage offen: Wie schafft es jene Mikrobe, mit dem Arsen fertig zu werden? Das fragen sich derzeit auch zahlreiche Mikrobiologen. In der vergangenen Woche ist ein heftiger Sturm der Kritik losgebrochen, die Studie zur »Arsen-Bakterie« wird regelrecht in der Luft zerrissen. Denn die Fachwelt sieht hier keinerlei Beweise. Zu den Hauptkritikern zählt auch Rosie Redfield von der University of British Columbia, die ihrem Namen mit entsprechend gefärbten Haaren alle Ehre macht und einen sehr ausführlichen Kommentar zur neuen Entdeckung abgegeben hat. Sie zweifelt die Genauigkeit einiger Messdaten sowie deren Grundlage an, auch stellt sie verschiedene Aussagen der Forscher deutlich in Frage.

Da ging es unter anderem auch um den Mindestanteil von Phosphor, wie ihn »Durchschnitts-Bakterien« für ihr Wachstum benötigen. In einem Experiment nämlich gediehen die Bakterien bei einem entsprechend tief heruntergekurbelten Phosphoranteil und hohen Arsenbeigaben immer noch in erstaunlichem Maße. Nun erklärte Prof. Redfield allerdings, die angegebenen Zahlen seien nicht allgemeingültig, das Limit liege weit niedriger. Demnach kann der niedrige Phosphorgehalt auch nicht als echter Beleg für einen »Arsenverzehr« gelten. Zudem wird auch bezweifelt, dass die kleinen »Viecher« das Arsen wirklich in ihren Organismus einbauen können, darunter auch in die DNA. Da ist weit mehr von Verunreinigungen die Rede und davon, dass man einen echten Beweis mit simplen Experimenten längst hätte führen können – oder eben den entsprechenden Gegenbeweis. So fordert der bekannte Harvard-Geochemiker Alexander S. Bradley eine direkte Analyse der betreffenden Nukleotide per Massenspektrometer. Die Ablenkung von arsenathaltigen Nukleotiden würde hier natürlich anders ausfallen als von phosphathaltigen Nukleotiden. Und schon wäre die Sache klar, so Bradley.

Insgesamt ist derzeit eine wahrhaft hitzige Diskussion im Gange. Bisher scheint nichts wirklich bewiesen, aber auch nichts wirklich widerlegt. Doch die Bakterien, die gibt es, und sie können auch weiter untersucht werden. Das dürfte sich lohnen, denn fest steht zumindest: Sie vertragen eine ziemlich hohe Dosis Arsen. Und die exakten Gründe dafür aufzuklären, das könnte auch im Zusammenhang mit Arsenvergiftungen nicht uninteressant sein.

Der Hauptautor der umstrittenen Studie, Ronald Oremland, hat erklärt: »Kritik spielt keine Rolle. Die tatsächlichen Experimente aber schon« – und er stellt die gesammelten Bakterien zur freien Verfügung, damit alle an diesem »Fall« interessierten Forscher ihre Überprüfungen durchführen können. Nun sind also wieder die Arsen-Skeptiker gefragt.

Alle Aufnahmen: NASA

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