Schneller Schwimmer wird Alge des Jahres

Die Biologin Prof. Dr. Maria Mittag von der Universität Jena. Quelle: Foto: Jan-Peter Kasper/FSU (idw)

Die Deutsche Gesellschaft für Botanik – Sektion Phykologie – kürt die Grünalge „Chlamydomonas reinhardtii“ (C. reinhardtii) zur „Alge des Jahres 2014“. Die Einzeller sind etwa zehn Mikrometer groß und achtmal dünner als ein Blatt Papier. Sie kommen weltweit im Süßwasser und feuchten Böden vor. Vorgeschlagen wurde C. reinhardtii von Prof. Dr. Maria Mittag von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Die Biologin stellt den Algenwinzling vor, mit dem sie arbeitet: „Mit dem Augenfleck und ihren zwei Geißeln nimmt die Mikroalge Licht wahr und schwimmt dorthin, wo sie günstige Bedingungen findet.“ Prof. Mittag leitet eine achtköpfige Forschergruppe, die „Lichtgesteuerte Reaktionen in einzelligen Modell-Algen“ erforscht. Dieses Vorhaben wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert.

Die Grünalge C. reinhardtii schwimmt je nach Lichtintensität zum Licht hin oder wendet sich ab, um optimal Photosynthese zu betreiben und daraus Energie zu gewinnen. Als Sinnesorganell hilft den Algen dabei der Augenfleck, der sich am Äquator der Zelle befindet. „Er besteht aus etwa 200 Eiweißen, darunter sind Lichtrezeptoren, aber auch Eiweiße, die Signale weiterleiten“, erläutert Maria Mittag. Sie führt weiter aus, dass C. reinhardtii mit ihren sechs bislang untersuchten Lichtrezeptoren in der Lage ist, unterschiedliche Wellenlängen des Lichts zu erkennen: nämlich UV-, Blau-, Grün-, Gelb- und Rotlicht. Da das Licht die Schichten des Augenflecks nicht durchdringen kann, wird es von ihm reflektiert. So kann die Alge mittels schraubenförmiger Drehungen ihre Umgebung erfassen und erkennen, aus welcher Richtung das Licht stammt und auch die Intensität des Lichts wahrnehmen. Diese Informationen werden direkt an den Bewegungsapparat übertragen.

Um zum Licht zu gelangen, nutzt der Einzeller die zwei Geißeln, die ähnlich der Schwänze menschlicher Spermien aufgebaut sind. Die Algen erreichen dabei eine Geschwindigkeit von circa 120 Mikrometer pro Sekunde. Auf ihre Körpergröße von ungefähr 10 Mikrometer bezogen, schwimmt sie etwa 12-mal so schnell wie der derzeitige Weltrekordhalter über 50 Meter Brustschwimmen.

Eine weitere interessante Eigenschaft von C. reinhardtii ist der ausgeprägte Tag- und Nacht-Rhythmus. Um herauszufinden, ob dieser – ähnlich wie bei uns Menschen – von einer inneren Uhr gesteuert wird, brachten Forscher die Algen ins Dauerdunkel. Auch dort läuft der Rhythmus mit einer Periode von ungefähr 24 Stunden weiter – die Algen wissen immer noch, wann es eigentlich Tag oder Nacht wäre. Chronobiologen bezeichnen dies als circadianen Rhythmus und unterscheiden den subjektiven Tag bzw. die subjektive Nacht. Registrieren die Grünalgen Lichtpulse während ihres subjektiven Tages, so schwimmen sie auf das Licht zu; werden sie aber während ihrer subjektiven Nacht mit Lichtpulsen angestrahlt, bewegen sie sich nicht.

Diesen Tag-Nacht-Rhythmus haben die Forscher schon vor einiger Zeit im Weltall untersucht, wo er über Tage hinweg weiterschwingt. Die winzigen Algen halten sich also nicht nur auf der Erde sondern auch im All an die genaue Tageszeit. Und ebenso wie wir Menschen das Sonnenlicht nutzen, um die innere Uhr etwa bei Jetlag wieder anzupassen, nutzt auch die Grünalge C. reinhardtii Licht, um ihre innere Uhr bei Verschiebungen immer wieder mit dem umgebenden Hell-Dunkel-Rhythmus zu synchronisieren.

C. reinhardtii steht aber nicht nur im Fokus der Forschergruppe um Professorin Mittag, sondern etablierte sich auch in verschiedenen Bereichen der Physiologie und der medizinischen Forschung zum Modell. Ausgehend von der Mikroalge entstanden völlig neue Forschungszweige wie die Optogenetik.

Quelle: Friedrich-Schiller-Universität Jena (idw)