Chemosynthese und Symbiose

In heißen und warmen Quellen gibt es viele verschiedene Arten von Bakterien und Archaeen. Viele von ihnen können organisches Material durch einen Prozess namens Chemosynthese produzieren. Sie nutzen zum Beispiel den giftigen Schwefelwasserstoff, das Gas der faulen Eier, von der Quelle und den Sauerstoff vom umgebenden Meerwasser um den Schwefelwasserstoff zu oxidieren. Gleichzeitig wird bei dieser Reaktion der Sauerstoff reduziert. Aus diesem Prozess wird viel Energie gewonnen. Diese Energie wird verwendet, um anorganisches Kohlendioxid in organischen Kohlenstoff umzuwandeln, der ihnen als Nahrung dient. Das Prinzip ist dasselbe wie bei der Photosynthese der Pflanzen, aber Bakterien nutzen die Energie der chemischer Verbindungen und nicht die Energie der Sonne.

Mehrere große Tiere wie der Riesenröhrenwurm, der Pompeiwurm, Muscheln und sogar kleine wurmähnliche Weichtiere leben in Symbiose mit Schwefelbakterien. Entweder befinden sich diese Bakterien im Inneren der Tiere, wie beim Röhrenwurm oder der Muschel, oder sie leben auf der Haut der Tiere, wie beim Pompeji- und Weichtierwurm. Alle diese Tiere werden als Wirt bezeichnet, die Schwefelbakterien sind ihre Symbionten.

Die Symbionten erhalten alle Chemikalien vom Wirt, um anorganischen Kohlenstoff zu binden und Nahrung zu produzieren. Diese Nahrung verwenden die Bakterien, um sich selbst zu vermehren, aber sie teilen diese Nahrung auch mit dem Wirt. So ernähren die Symbionten den Wirt. Einige Wirte ernähren sich zusätzlich von freilebenden Bakterien, indem sie ihren Mund zur Aufnahme und ihren Darm zur Verdauung der Nahrung verwenden. Dies ist bei Muscheln, Pompejiwürmern und Molluskenwürmern der Fall. Nur die Röhrenwürmer haben keinen Mund und keinen Darm mehr. Sie leben ausschließlich von der Nahrung, die sie von ihren Symbionten erhalten.

Von links nach rechts (Fotos: Monika Bright)

Wurmartiges Weichtier des Stammes Mollusca, Familie Solenogastres mit dem wissenschaftlichen Namen Helicoradomenia. Diese etwa 3 mm langen Würmer haben kein Gehäuse. Stattdessen haben sie winzig kleine Borsten aus dem gleichen Material wie die Schalen von Muscheln und Schnecken. Die Symbionten leben zwischen diesen Borsten, einige von ihnen wurden aber auch in der Haut gefunden.

Der Pomeii-Wurm gehört zum Stamm Annelida der Familie Alvinellidae (wissenschaftlicher Name Alvinella pompejana). Diese Würmer leben an schwarzen Rauchern. Wo ihre Temperaturgrenze liegt, ist noch umstritten. Sie bauen Röhren. Am Eingang der Röhre wurden Temperaturen bis zu 120° Celsius gemessen. Da die Würmer sich in ihrer Röhre bewegen und somit die Temperatur selbst verändern können, werde etwa 50° Celsius als Höchsttemperatur angenommen. Kein anderes Tier kann eine solche Hitze im Ozean aushalten.

Der sogenannte Riesenröhrenwurm Riftia pachyptila aus dem Stamm Annelida, Familie Siboglinidae, wird seit mehr als 20 Jahren untersucht. Dies ist der am schnellsten wachsende Wirbellose, das wir kennen. Er kann in seinem ersten Lebensjahr 80 cm wachsen, ganz ohne Mund und Darm. Stattdessen besitzt er ein Organ, das Trophosom, in welchem seine symbiontischen Schwefelbakterien leben.