Theonella conica: Wie Entotheonella Molybdän speichert

In der Natur kann es hart zugehen, und besonders verletzliche Lebewesen müssen mitunter einfallsreiche Wege finden, um zu überleben.

Ein Beispiel ist der Meeresschwamm Theonella conica. Dieses unscheinbare Tier lebt im Roten Meer und im Indischen Ozean und filtert, wie Schwämme es tun, das umgebende Meerwasser, um darin enthaltene Nährstoffe aufzunehmen. Da T. conica fest verankert ist und kaum über aktive Abwehrmechanismen verfügt, hat der Schwamm eine bemerkenswerte Überlebensstrategie entwickelt.

Theonella conica speichert außergewöhnlich viel Molybdän

Bei Untersuchungen zur Anreicherung von Schadstoffen im Schwammkörper stießen Forschende auf Konzentrationen des Schwermetalls Molybdän, die für andere Organismen tödlich wären.

„Vor zwanzig bis dreißig Jahren sammelten Forschende aus unserem Labor Proben eines seltenen Schwamms namens Theonella conica an einem Korallenriff vor Sansibar im Indischen Ozean und fanden darin eine hohe Molybdänkonzentration“, erklärt die Meeresbiologin Shani Shoham von der Universität Tel Aviv.

„In meiner Forschung wollte ich prüfen, ob sich derart hohe Konzentrationen auch bei dieser Schwammart im Golf von Eilat finden, wo sie in Tiefen von mehr als 27 Metern [88 Fuß] wächst. Als ich den Schwamm fand und seine Zusammensetzung analysierte, stellte ich fest, dass er mehr Molybdän enthielt als jeder andere Organismus auf der Erde: 46,793 Mikrogramm pro Gramm Trockengewicht.“

Menschen und andere Organismen benötigen eine bestimmte Menge Molybdän. Das essenzielle Spurenelement hilft dem Körper beispielsweise dabei, Arzneimittel, Giftstoffe und Sulfite abzubauen. Wie bei vielen Stoffen ist jedoch ein Übermaß an Molybdän keineswegs gesund – und für andere Tiere sogar noch schädlicher.

Daher wollten Shoham und ihr Team herausfinden, wie und weshalb T. conica derart große Mengen dieses Metalls aufnehmen und speichern kann.

Die Erklärung fanden sie bei den bakteriellen Symbionten des Schwamms.

Bakterielle Symbionten entgiften die Metalle im Schwamm

Als Meeresschwamm ist T. conica vergleichsweise einfach aufgebaut: Er besitzt weder Organe noch Gewebe oder ein Nervensystem. Für seine Funktionen ist er auf symbiotische Beziehungen mit anderen Organismen angewiesen, darunter Bakterien, Pilze, Algen und Viren. Bis zu 40 Prozent seines Körpergewichts bestehen aus Symbionten. Und bevor Sie darüber die Augenbraue heben: Werfen Sie einen Blick auf Ihren eigenen Körper. Wir alle brauchen Freunde.

Als Symbionten bezeichnet man Organismen, die in einer langfristigen Beziehung zusammenleben, von der beide Seiten profitieren – anders als bei einer parasitären Beziehung, bei der der Nutzen deutlich einseitig verteilt ist.

Eine der am stärksten vertretenen Bakterienarten in T. conica fungiert den Forschenden zufolge gewissermaßen als Entgiftungsorgan, das Schwermetalle im Schwammkörper anreichert. Es handelt sich um Entotheonella sp., ein Bakterium, das in mehreren Schwammarten vorkommt und dafür bekannt ist, ein breites Spektrum bioaktiver Verbindungen herzustellen.

Shoham und ihre Kolleginnen und Kollegen entdeckten im Inneren von Entotheonella sp. Materialansammlungen mit einem sehr hohen Molybdängehalt.

Molybdän wirkt giftig, wenn seine Konzentration über seiner Löslichkeit in Wasser liegt. Nach Einschätzung des Forschungsteams sammelt das Bakterium Molybdän und wandelt es in ungefährliche Molybdänverbindungen um, etwa in Calciummolybdat und Natriummolybdat.

„Indem die Bakterien immer mehr Molybdän speichern, verwandeln sie es aus seinem giftigen löslichen Zustand in ein Mineral. Wir wissen nicht genau, warum sie das tun“, sagt Shoham.

„Möglicherweise schützt das Molybdän den Schwamm, indem es verkündet: ‚Ich bin giftig! Friss mich nicht!‘, und als Gegenleistung frisst der Schwamm die Bakterien nicht und dient ihnen als Wirt.“

Einsatz gegen Belastungen durch Arsen denkbar

Die Ergebnisse deuten auf eine mögliche Nutzung dieser Schwämme und ihrer Symbionten zur Bekämpfung von Umweltverschmutzung hin – nicht zur Gewinnung von Molybdän, denn das wäre kompliziert und vermutlich den Aufwand nicht wert, sondern zur Behandlung belasteter Gewässer. Bereits vor einigen Jahren zeigte sich bei dem verwandten Schwamm Theonella swinhoei, dass auch er große Mengen Barium und Arsen anreichert.

„Auch in diesem Fall wurde festgestellt, dass Entotheonella weitgehend dafür verantwortlich ist, die Metalle zu speichern und in Mineralien umzuwandeln, wodurch ihre Giftigkeit neutralisiert wird“, erläutert Shoham.

„Die weitere Erforschung dieser Bakterien könnte sich für die Behandlung von durch Arsen verschmutzten Wasserquellen als nützlich erweisen – eine ernste Gefahr, die weltweit die Gesundheit von 200 Millionen Menschen unmittelbar beeinträchtigt.“

Die Studie wurde in Science Advances veröffentlicht.