Symbiosen im Meer

Da das Korallenriff die artenreichste Lebensgemeinschaft der Biosphäre bildet, fordert der gleichzeitige Mangel an Nährstoffen und Raum komplexe aufeinander abgestimmte Bevölkerungsmuster. Die hohe Artendichte hat daher stufenweise zu einer durch Konkurrenz und Symbiosen um und für die knappen Ressourcen voneinander abgegrenzten zwischenartlichen Beziehung zwischen den Riffbewohnern geführt.
Die Tiere haben dabei Mechanismen der Kommunikation und gegenseitigen Anpassung entwickelt, wobei eine der häufigsten Formen die Symbiosen (sym[gr.] zusammen und bios [gr.] leben) darstellen. Eine Symbiose ist ein gemeinsames Leben verschiedener Arten zum gegenseitigen Nutzen. Aber auch bei einer gut eingespielten Symbiose handelt es sich um ein stetiges Konkurrenzverhältnis zwischen den beteiligten Arten.
Es lassen sich drei Symbiosetypen einordnen:

1. Kommensalismus
2. Fakultative Symbiose
3. Obligate Symbiose

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1. Kommensalismus

Hier ist der Nutzen nicht gegenseitig, sondern eine Art profitiert von der gemeinsamen Beziehung, die andere erleidet keinen Schaden, z.B. bei dem Schiffshalter (Echeneis naucrates). Sie heften sich mit ihrer Rückenflosse, die morphologisch zu einer Saugscheibe auf Vakuumbasis umgeformt ist, an einen größeren Fisch. Hier entsteht eine Nahrungs- und Schutzgemeinschaft von der der Schiffshalter profitiert. Das Ausmaß des Nutzens den die Partner aus der symbiotischen Assoziation ziehen ist häufig – zumal unter Wasser – wegen der komplexen Wechselwirkung schwer zu erkennen. So wurde später erst festgestellt, dass auch der Wirt von dieser Symbiose profitiert, da er von Parasiten befreit wird. Daher spricht man in diesem Fall eher von einer fakultativen Symbiose.

Der kleine Barsch legt in den Seeigel seine Eier, wo diese vor Fressfeinden durch die langen Stacheln geschützt werden. Es ist bisher nicht bekannt, dass der Seeingel von dieser Symbiose einen Vorteil hat.ist häufig – zumal unter Wasser – wegen der komplexen Wechselwirkung schwer zu erkennen. So wurde später erst festgestellt, dass auch der Wirt von dieser Symbiose profitiert, da er von Parasiten befreit wird. Daher spricht man in diesem Fall eher von einer fakultativen Symbiose.

Der kleine Barsch legt in den Seeigel seine Eier, wo diese vor Fressfeinden durch die langen Stacheln geschützt werden. Es ist bisher nicht bekannt, dass der Seeingel von dieser Symbiose einen Vorteil hat.

2. Fakultative Symbiose

Bei der Fakultativen Symbiose ziehen beide Partner nutzen aus der Beziehung. Nicht jedoch sind sie aufeinander angewiesen. In einer Putzerstation reinigt der Putzerfisch vorbeikommende Arten von Parasiten. Auch wenn der Ort stabil bleibt, so wechselt doch die vorbeitanzende Kundschaft von Labroides dimiatus. Eingeleitet wird der Vorgang durch spezielle Schlüsselreize der beiden Tiere, wobei der Putzerfisch zur Einleitung einen ganz bestimmten Tanz aufführt, der dem anderen Fisch signalisiert, dass er zum Reinigen bereit ist.

Dieses Verhalten des Putzerfisches macht sich auch der Parasit Aspidontus taeniatus zu nutze. Dieser falsche Puterfisch sieht dem echten zum verwechseln ähnlich und imitiert sein Vorbild perfekt. Auf diese Weise kann er sich seinem Wirten nähern, ohne dass dieser Verdacht schöpft. Der Parasit tanzt, bis der Wirt sich entspannt aufstellt und bereit zum reinigen ist, dann nähert sich der Parasit, um ein Stück Fleisch aus ihm heraus zu beißen (Batesische Mimikry).

3. Obligate Symbiose

Eine obligate Symbiose findet sich im Zusammenleben zwischen Zooxanthellen und ihrem Korallenpolypen. Hier ist keiner der beiden Symbiosepartner mehr in der Lage ohne den anderen auf Dauer zu überleben. Dies wird in dem Blogteil „Ein Dream-Team in Gefahr“ genauer beschrieben.

Nicht nur die hohe Artendichte eines Riffes hat stufenweise zu zwischenartlichen Beziehungen geführt sondern auch die unterschiedlichen Formen der Symbiosen haben zu dieser hohen Artendichte beigetragen. Dies führt zu schellen biologischen Nährstoffkreisläufen. Eine dieser engen Beziehungen umspannt die so genannte Mördermuschel (Tridacna sp.). Die Muschel lebt in fakultativer Symbiose mit autotrophen Zooxanthellen, die ihnen Farbe geben und sie mit Zucker aus der Photosynthese versorgen. Gleichzeitig lebt die Muschel aber auch kommensalistisch indem sie von einem roten Krustenschwamm (Mycale fistulifera) überzogen wird, auf dem wiederum in obligater Symbiose Polypen der Schirmqualle (Nausthoe sp.) wachsen. In dieser komplexen Beziehung sind auf engstem Raum vier Tierstämme sensibel miteinander vergesellschaftet.

Teamwork als Antriebskraft der Evolution

Nicht nur Konkurrenz belebt das Leben - Symbiosen leisten dies ebenso. Eine obligate Symbiose findet sich beim Oligochaeaten Olavius algarvensis. Hier findet eine Symbiose zu dritt statt, bei dem ein enges Zusammenspiel zwischen Sulfatreduzierenden und Sulfatoxidierenden Bakterien innerhalb des Oligochaeten Wirtes stattfindet. Die Sulfatreduzierenden und  Sulfatoxidierenden Bakterien bereiten das im Sediment vorkommende Sulfat in Zwischenprozessen zu Sulfid und zu Glucose um, das vom mund- und darmlosen Oligochaeten genutzt werden kann.
Der Oligochaet Olavius algarvensis wurde nur durch einen Zufall Ende der 1990e Jahre entdeckt. Der Im sulfidfreien Sediment lebende Oligochaet hat sich zwei unterschiedliche Arten von Bakterien zum gegenseitigen Nutzen einverleibt und dadurch eine Symbiose zu Dritt gebildet. Doch wie sich die  Ménage à trois ohne die Sulfide ernähren, blieb ein Rätsel – bis Nicole Dubilier den "Wurm" genauer untersuchte.

Um das Mysterium zu lösen, schaute sie sich die Gene der Bakterien und entschlüsselte den molekularen Gencode der Bakterien, die 16S-rRNA-Gene. Ein Wirt, verschiedene Symbionten. Dubilier gelang es, den Artikel über die harmonische Dreierkiste im Wissenschaftsmagazin "Nature " zu veröffentlichen und beschrieb das Zusammenleben des Wirtes Olivius algarvensis und seiner beiden Symbionten. Da kein oder zu wenig Schwefelwasserstoff im Sediment des Meeres enthalten ist, hat sich der im Sediment lebende Oligochaet eine Schwefelwasserstoffquelle in Form eines Bakteriums einverleibt, das Sulfat in Sulfid umwandelt. Den Schwefelwasserstoff wiederum verwerten die altbekannten sulfidoxidierenden Bakterien als Energiequelle. Eine Win-Win-Situation für alle. "Mittlerweile wissen wir, dass nicht nur zwei, sondern sogar fünf verschiedene Bakterienarten in dem Wurm leben", sagt Dubilier. Die genaue Funktion aller Beteiligten Bakterien zu ergründen, daran forscht die Gruppe von Nicole Dubilier weiter. Eines ist jedoch klar: Allein auf sich gestellt – so würde keiner der Organismen überleben.

"Viel zu lange wurde die Zusammenarbeit verschiedener Lebewesen in der Biologie vernachlässigt", sagt die Biologin. Erst allmählich habe sich in der Evolutionsforschung durchgesetzt, dass sich die Artenvielfalt nicht nur über Konkurrenz entwickelt. Auch die Symbiose sei eine der treibenden Kräfte. Selbst der Mensch könne ohne seine rund zwei Kilogramm schweren, tausend symbiotischen Bakterienarten im Darm nicht überleben, sagt Dubilier.

Bereits Anfang der 1980er Jahre beobachteten US-Wissenschaftler am Grund der Tiefsee rätselhafte Röhrenwürmer mit einem ähnlich reduzierten Verdauungssystem wie Olavius algarvensis. Diese finden sich zu Massen an den Schwarzen Rauchern. Diese kochend heißen Quellen aus dem Erdinneren sind mit Schwefelwasserstoff gesättigt. H2S riecht nach faulen Eiern, existiert im anaerobischen Bereich und wirkt auf Tiere wie ein Gift. Röhrenwürmer hingegen fühlen sich hier wohl. Allein ist er dabei jedoch nicht. In seiner Evolution hat sich der Oligochaet einzelne Bakterien einverleibt, die den Schwefelwasserstoff chemisch umsetzen – und damit unschädlich machen. Die Bakterien gewinnen Energie durch Sulfidoxidation.

Die Energie brauchen sie, um in der Tiefsee überleben zu können. Und die Bakterien versorgen nicht nur sich selbst, auch dem Röhrenwurm helfen sie und versorgen ihn mit Glucose. Der Wirt garantiert den Bakterien (den Gästen) im Gegenzug eine exquisite Wohnlage nahe der Nahrungsquelle. Eine Symbiose zweier Lebewesen zum gegenseitigen Nutzen.

"Dass ein Zusammenleben so gut funktionieren kann, finde ich bis heute faszinierend", sagt Nicole Dubilier. Während ihrer Doktorarbeit widmete sie sich noch anderen Themen. Zu dieser Zeit zweifelte sie noch grundsätzlich, ob eine wissenschaftliche Karriere überhaupt das Richtige für sie sei.

Herzliche Grüße aus Bali von Amed Scuba Bali

Als jedoch das Thema "Symbiose" für ihre Postdoc-Stelle aufkam, war sie schnell Feuer und Flamme. Was sie daran mag: Es sind nicht bloß Egoismus und Konkurrenz, die zu Evolution führen. Es sind auch Zusammenarbeit und Gegenseitigkeit, die als Motor für Entwicklungen wirken.

Dieser Gedanke entspricht eher ihrem Weltbild. "Indem man zusammenarbeitet, ist man häufig stärker und erfolgreicher als alleine", sagt Dubilier.
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Herzliche Grüße
Christine Sbick von Amed Scuba Bali