Einzeller mit Durchblick: Wie Bakterien „sehen“

Forscher des KIT haben ein großes Rätsel der Biologie gelöst: Bakterien können sehen und sich auf eine Lichtquelle zubewegen, weil sie wie winzige menschliche Augäpfel funktionieren.

Augapfel im Mini-Format: Das Modell eines Cyanobakteriums zeigt, wie das Licht auf dem Weg durch die Zelle in einem Punkt gebündelt wird. (Bild: Ronald Kampmann/KIT)

Ein 300 Jahre altes Rätsel der Biologie ist geknackt. Wie eine internationale Forschergruppe aus Deutschland, Großbritannien und Portugal herausgefunden hat, nutzen Cyanobakterien – weltweit vorkommende mikroskopisch kleine Einzeller – das Funktionsprinzip des Linsenauges, um Licht wahrzunehmen und sich darauf zuzubewegen. Der Schlüssel zu des Rätsels Lösung war eine Idee aus Karlsruhe: Jan Gerrit Korvink, Professor am KIT und Leiter des Instituts für Mikrostrukturtechnik (IMT) am KIT, nutzte Siliziumplatten und UV-Licht, um den Brechungsindex der Einzeller zu messen.

Cyanobakterien gehören zu den wichtigsten fotosynthetisch aktiven Organismen

Cyanobakterien bevölkern die Erde schon seit mehr als 2,5 Milliarden Jahren und kommen überall dort vor, wo es Licht gibt: im Eis, in Wüsten, Flüssen und Seen, aber auch an Hauswänden und in Aquarien. Sie betreiben Fotosynthese und gewinnen mithilfe von Licht ihre Energie. In den Ozeanen, die etwa 70 Prozent der Erdoberfläche bedecken, gehören sauerstoffproduzierende Cyanobakterien zu den wichtigsten fotosynthetisch aktiven Organismen und bilden somit einen Grundpfeiler der Biosphäre.

Licht ist als zentrale Energiequelle für Cyanobakterien überlebenswichtig. Obwohl sie nur aus einer einzigen Zelle bestehen, sind sie in der Lage, direkt und präzise auf eine Lichtquelle zuzuströmen. Doch wie genau diese Lichtwahrnehmung funktioniert, war seit 300 Jahren – also seit es Mikroskope gibt – ein Rätsel. Bis heute.

Licht wird wie durch eine mikroskopisch kleine Linse gebrochen

In seinen Untersuchungen konnte das internationale Forscherteam bestätigen, dass ein einzelnes Cyanobakterium tatsächlich wie ein winziger Augapfel funktioniert. Licht trifft auf die Oberfläche der runden Einzeller, wo es wie durch eine mikroskopisch kleine Linse gebrochen wird. Dadurch entsteht ein Brennpunkt auf der gegenüberliegenden Seite der Zelle. Dies aktiviert im Bereich des Lichtpunkts winzige, fadenförmige Fortsätze außerhalb der Zelle, die das Bakterium in Lichtrichtung vorwärtstreiben.

„Cyanobakterien sind die ersten bekannten Organismen, die wir aus fossilen Funden kennen“, sagt Jan Gerrit Korvink. „In einer – zugegeben – sehr primitiven Form funktionieren die Bakterienzellen wie winzige Augäpfel. Möglicherweise war es also das erste Mal in der Evolutionsgeschichte, dass sich mit der Entstehung der frühen Cyanobakterien ein mit dem Linsenauge vergleichbarer Mechanismus zur Lichtwahrnehmung entwickelt hat. Ein spannender Gedanke!“

Ausführliche Informationen in der Pressemitteilung

ne, 11.02.2016