Forscher haben das Erbgut von vier Arten meeresbewohnender Cyanobakterien untersucht. Die Entschlüsselung trägt zum Verständnis der biologischen Seite des globalen Kohlenstoff-Kreislaufs und der Wege des Treibhausgases Kohlendioxid (CO2) bei.

Die Ergebnisse der Gen-Untersuchungen sind am heutigen Mittwoch in Online-Veröffentlichungen der Wissenschaftsmagazine «Nature» und «Proceedings of the National Academy of Sciences» erschienen. Sie zeigten, wie gut die Gattungen Prochlorococcus und Synechococcus an ihre Umwelt angepasst sind, berichten die Forscher.

Die winzigen Organismen, die auch als «Mikroalgen» oder «Picophytoplankton» bezeichnet werden, bilden die Basis der globalen Nahrungskette im Ozean. Sie nutzen die Energie des Sonnenlichtes und bauen aus dem CO2 der Atmosphäre organische Substanz auf. Der CO2-Bedarf zur Photosynthese der Bakterien macht rund zwei Drittel der Gesamt-Fixierung des Gases aus der Atmosphäre aus.

Die Energiequelle Sonnenlicht ist im Ozean nahe der Wasseroberfläche nahezu unbegrenzt. Mit zunehmender Wassertiefe nimmt sie jedoch sehr schnell ab. Prochlorococcus marinus hat daher zwei physiologisch unterschiedliche Formen hervorgebracht, berichten die Forscher. Die eine ist optimal an das Leben in den Sonnen-durchfluteten, aber nährstoffarmen Wasserschichten nahe der Wasseroberfläche angepasst. Die andere gedeiht auch in größeren Wassertiefen mit einem Mangel an Licht aber mehr Nährstoffen.

Das sonnenliebende Cyanobakterium besitzt mit 1.657.990 genetischen Buchstaben und 1716 Genen ein sehr kleines und kompakt gebautes Genom. Das Erbgut des Menschen besteht dagegen aus rund drei Milliarden genetischen Buchstaben. Wie in einem begleitenden Kommentar im Magazin «Proceedings of the National Academy of Sciences» geschrieben wird, stellt das Prochlorococcus-Genom wahrscheinlich die minimale für die Photosynthese erforderliche Erbgut-Ausstattung dar.

Ihre geringe Größe begrenzt auch die Genomgröße dieser Organismen. So klein zu sein bietet jedoch einen entscheidenden Vorteil: Je höher das Verhältnis von Zelloberfläche zu Zellvolumen ist, desto leichter ist es, ausreichend Nährstoffe durch die Zellmembran aufzunehmen. So sind die Organismen an die nährstoffarmen Bedingungen an der Ozean-Oberfläche optimal angepasst. Die Schwachlicht-angepasste Form verfügt dagegen über ein Genom mit 2.410.873 Basenpaaren, die etwa 2275 Gene bilden.

Die Arbeiten sind das Ergebnis einer weltweiten Forschungs-Kooperation auf der Suche nach dem kleinsten Genom für die Photosynthese. Bereits 1999 hatte ein Team um Wolfgang Hess von der Berliner Humboldt-Universität auf die geringe Genom-Größe von Prochlorococcus marinus hingewiesen, teilte die Universität mit. Die jetzt vorgestellten Arbeiten sind unter Beteiligung dieser Arbeitsgruppe am Massachusetts Institute of Technology in Cambridge und dem Joint Genome Institute in den USA, sowie am Genoscope und Centre National de la Recherche Scientifique in Frankreich durchgeführt worden. (nz)