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Die Welt auf der Mikroskala

Eines meiner Pflichtfächer dieses Semester ist «Mikrobiologie, Immunologie und Virologie». 

Mein Wissen über Bakterien und andere Mikroorganismen beschränkte sich vor der ersten Vorlesung darauf, dass sie sehr klein sind, uns gelegentlich krank machen und den Ärzten Kopfzerbrechen mit ihrer Antibiotikaresistenz bereiten.
Schon in der ersten Vorlesung bekamen wir dann aber eindrücklich demonstriert, dass die Geschichte der Bakterien damit erst beginnt, denn sie sind an so ziemlich allem beteiligt, was für unser Leben wichtig ist.

Ein Running Gag unter unseren Dozenten ist: «Wir sind Bakterien, die mit einem Menschen verseucht sind». So gewöhnungsbedürftig dieser Humor auch ist, so wahr ist die Kernaussage dahinter: Auf unsere 1013 menschlichen Zellen kommen ungefähr 1014 Bakterienzellen. Auf und in unserem Körper leben also rund zehnmal mehr Bakterien, als wir Zellen haben. Und diese vielen Bakterien sind immens wichtig für unser Überleben: Beispielsweise sind sie in unserem Darm an der Verdauung beteiligt, verteidigen unseren Körper gegen Krankheitserreger und bauen Abfallstoffe ab.

Die Mikrobiologie untersucht u.a. Einzeller (Protisten) und einen Teil der Pilze. Einen Grossteil der Mikroorganismen machen aber sogenannte Prokaryoten aus – einzellige Lebewesen ohne Zellkern. Diese werden noch einmal unterteilt in Archaeen und Bakterien.
Hypothesen über die ersten Zellen gehen davon aus, dass das Leben am Meeresgrund an Hydrothermalschloten («Schwarzen Rauchern») entstanden sei. Dort schlossen sich die Atome zum ersten Mal zu Aminosäuren und anderen organischen Verbindungen (Moleküle, die Kohlenstoff enthalten) zusammen. Dies sind die Grundbausteine des Lebens, welche heute in allen Lebewesen die zellulären Prozesse antreiben.
Die Poren der Schlote bildeten erste Kompartimente – die organischen Moleküle trennten sich in kleinen Räumen ab und bildeten «Zellen», welche Jahrmillionen später von Lipiden (Fetten) umgeben wurden und so erste Zellmembranen ausbildeten. RNA (Ribonukleinsäure) war das erste Molekül, welches sich selbst kopieren konnte. Daraus entstand DNA. Da diese stabiler ist als RNA, ist sie besser als Speicher für die genetische Information geeignet.
So entstanden, vereinfacht gesagt, die ersten Zellen. Die Genexpression läuft auch heute, 3.5 Milliarden Jahre später, in jedem Lebewesen auf dieselbe Weise ab: DNA wird in RNA transkribiert, und die darauf vorhandenen Informationen dienen der Herstellung von Proteinen.
Die Eukaryoten – Lebewesen, deren Zellen einen Zellkern besitzen, in dem die DNA gespeichert ist – entstanden aus der Verschmelzung von Prokaryoten. Eine Hypothese geht davon aus, dass Bakterien von Archaeen aufgenommen wurden und in den Archaeenzellen neue Organellen bildeten: Chloroplasten, welche in Pflanzen die Photosynthese betreiben, und Mitochondrien, dank denen in Zellen Energie generiert werden kann. Diese Verschmelzung (sog. Endosymbiose) kann heute noch nachgewiesen werden: Mitochondrien sind fähig, sich selbstständig zu teilen (genau so, wie sich Bakterien vermehren), und besitzen ausserdem ihre eigene DNA. Dies ist ein beeindruckender Beleg dafür, dass alles Leben aus einer einzigen Zelle entstanden ist.

In der ungeheuer langen Zeit, die Prokaryoten als einzige Lebewesen auf dem Planeten verbracht haben (ca. 2 Milliarden Jahre), konnte sich eine riesige genetische Vielfalt entwickeln, die wir heute bestenfalls erahnen können. Mikroorganismen sind heute überall anzutreffen, als Grundlage der Nahrungskette, beim Abbau von Abfallstoffen in Ökosystemen, als Pathogene, Symbionten oder Parasiten. Sie überleben auch Extrembedingungen z.B. in Temperatur, Salzgehalt und Druck. Von den meisten bemerken wir gar nichts, es sei denn, sie würden plötzlich verschwinden.
Mikroorganismen beherrschen die Welt im Unsichtbaren. Ihre Bedeutung besteht nicht in individuellen Lebewesen, sondern in ihrer ungeheuren Masse, und dadurch, dass sie für uns unsichtbar sind, vergessen wir diese Bedeutung leicht. Wenn man aber einmal in die Welt auf der Mikroskala eintaucht, gibt es vieles zu entdecken, was man bisher noch nie bedacht hat.

 

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