Tiefsee-Wunder: Geniale Anpassungen der Kammquallen an den Druck des Meeresbodens

BerlinKammquallen, auch als Ctenophoren bekannt, bewohnen verschiedene Bereiche des Ozeans, einschließlich tiefer Zonen. Die Tiefsee ist lichtlos, sehr kalt und steht unter hohem Druck. Forscher der UC San Diego und anderer Institutionen untersuchten, wie Ctenophoren in diesen extremen Bedingungen überleben. Sie entdeckten besondere Merkmale in den Zellmembranen dieser Wesen.

Kammquallen sind keine Quallen. Sie gehören zur Gruppe der Ctenophora. Diese Tiere jagen nach Nahrung und können die Größe eines Volleyballs erreichen. Sie leben in den Weltmeeren, sowohl an der Oberfläche als auch in großen Tiefen.

Wichtige Erkenntnisse:

• Rippenquallen besitzen einzigartige Lipidstrukturen in ihren Zellmembranen.
• Diese Lipide passen sich unterschiedlich an Kälte und Druck an.
• Diese Anpassungsfähigkeit wird als "Homeokurve" bezeichnet.
• Zu diesen Lipiden zählen Plasmalogene, welche für die Gehirnfunktion beim Menschen wichtig sind.

Zellmembranen benötigen bestimmte Eigenschaften, um richtig zu funktionieren. Die Schichten aus Lipiden und Proteinen müssen unter verschiedenen Bedingungen flüssig bleiben. Wissenschaftler verstanden bereits, wie sich Zellmembranen an Kälte anpassen. Allerdings wussten sie nicht, wie Tiefseeorganismen sich an hohen Druck anpassen.

Itay Budin, Assistenzprofessor an der UC San Diego, führte gemeinsam mit einem interdisziplinären Forscherteam eine Studie über Kammquallen durch. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Science veröffentlicht.

Budin hatte untersucht, wie sich E. coli-Bakterien an Kälte anpassen. Steven Haddock vom MBARI stellte die Frage, ob sich Kammquallen auf ähnliche Weise an hohen Druck anpassen können. Neugierig begann Budin gemeinsam mit seinem Team, dies zu erforschen.

Komplexe Organismen besitzen viele verschiedene Lipide. Menschen haben Tausende davon, jedes spezifisch für unterschiedliche Organe. Das Team musste zwischen Kälteanpassung und Druckanpassung unterscheiden. Der Hauptautor Jacob Winnikoff untersuchte Rippenquallen aus verschiedenen Tiefen und Regionen. Er verglich diejenigen, die auf dem Meeresboden vor der Küste Kaliforniens leben, mit denen, die an der Oberfläche der Arktis vorkommen.

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Die Forscher entdeckten, dass Tiefsee-Rippenquallen besondere Lipide besitzen, die ihnen das Überleben unter hohem Druck ermöglichen. Diese Lipide haben eine spezielle Form, die optimal an die Meeresumgebung angepasst ist. Diese Anpassung, genannt "homöokurve," ermöglicht es den Lipiden, den Druck auszugleichen. An der Oberfläche jedoch verursachen diese Lipide, dass die Membranen zerbrechen, was dazu führt, dass die Rippenquallen auseinanderfallen.

Plasmalogene sind spezielle Lipide, die im menschlichen Gehirn vorkommen und deren Gehalt bei Krankheiten wie Alzheimer sinkt. Aufgrund dieser Ähnlichkeit sind Kammquallen nützlich für die Forschung.

Die Wissenschaftler um Budin testeten E.-coli-Bakterien, indem sie einen Stamm entwickelten, der Plasmalogene produzierte. Während normale E. coli unter Druck nicht überlebten, zeigte der modifizierte Stamm gute Überlebensfähigkeiten. Diese Experimente dauerten viele Jahre und erforderten die Unterstützung mehrerer Institutionen.

Das Labor von Dr. Edward Dennis an der Universität von Kalifornien in San Diego untersuchte Lipide mittels Massenspektrometrie. Meeresbiologen vom MBARI sammelten Kammquallen. Physiker der Universität von Delaware führten Computersimulationen durch. Forscher testeten das Verhalten von Membranen unter verschiedenen Druckverhältnissen.

Budin möchte mehr darüber erfahren, wie Zellen die Produktion von Fetten steuern. Er vermutet, dass Plasmalogene besondere Eigenschaften haben. Diese zu verstehen könnte neue Erkenntnisse über die Gesundheit des Gehirns und Krankheiten liefern. Das Team hofft, dass künftige Studien auf ihren Entdeckungen aufbauen werden.

Forscher führender Universitäten arbeiteten gemeinsam an diesem Projekt, das durch nationale und private Fördergelder wie die der National Science Foundation und der NASA unterstützt wurde. Durch ihre Zusammenarbeit konnten sie bahnbrechende Entdeckungen darüber machen, wie Tiefseelebewesen sich anpassen und wie Lipide funktionieren.