Hier ist, wie Bärtierchen in den Ruhezustand gehen.

Forscher haben einen molekularen Sensor entdeckt, der den Bärtierchen signalisiert, dass es Zeit ist, stark zu werden.

Die winzigen, achtköpfigen Tiere, auch als Bärtierchen oder Moosbärchen bekannt, sind fast unbesiegbar, wenn sie inaktiv sind. Wenn es schwierig wird, rollen sich die mikroskopischen wirbellosen Tiere zu einer Kugel namens Tun zusammen. Sie ziehen ihre Beine ein, lassen Wasser ab, machen ihre Organe zu Glas und verlangsamen ihren Stoffwechsel auf unmerkliche Niveaus (SN: 12/16/15). In diesem Zustand können die Bärtierchen vollständig austrocknen, ins All reisen, Röntgenstrahlen und andere extreme Beleidigungen ertragen, sind aber nicht völlig unverwundbar (SN: 7/13/22; SN: 6/2/21).

"Bärtierchen sind keine Extremophilen, sie sind extremo-tolerant", sagt Derrick Kolling, ein Chemiker an der Marshall University in Huntington, West Virginia.

Chemische Veränderungen, die als Oxidation des Aminosäure Cysteins bezeichnet werden, lösen den Tun-Zustand aus, haben Kolling und Kollegen entdeckt. Durch Umkehrung dieses Oxidationsprozesses werden die Bärtierchen aus der Ruhephase geholt, berichtet das Team am 17. Januar in PLOS One.

Wissenschaftler haben sich schon lange gefragt, was das Eintreten und das Auftreten der Bärtierchen aus dem Tun-Zustand auslöst, sagt Hans Ramløv, ein vergleichender Physiologe an der Roskilde University in Dänemark, der nicht an der Studie beteiligt war. Die Erkenntnis, dass die Oxidation von Cystein der Schlüssel ist, ist "inspirierend", aber auch "ein wenig irritierend für mich, weil ich immer behauptet habe, dass die Verwandlung passiv war, und jetzt sehe ich, dass es definitiv nicht passiv ist."

Der Fund erklärt einige Aspekte der Biologie der Bärtierchen und möglicherweise auch anderer Organismen, die in eine Art Ruhezustand versetzt werden, wenn der Stoffwechsel auf den Nullpunkt fällt und die Tiere im Wesentlichen tot sind, sagt Ramløv. Zum Beispiel haben Bärtierchen einen sehr hohen Stoffwechsel, wenn sie aus der Ruhephase herauskommen. Das könnte daran liegen, dass sie aktiv die Oxidation von Cystein rückgängig machen und Schäden reparieren, die durch Oxidation verursacht wurden, sagt er. Aber eine grundlegende Frage bleibt. "Es erklärt natürlich nicht, wie man den Stoffwechsel stoppen und sterben und den Stoffwechsel wieder starten und leben kann."

Das Projekt entstand "aus einer Laune heraus", sagt Kolling. "Wir waren neugierig auf Bärtierchen. Sie waren ziemlich oft in den Nachrichten." Also sagte er seinem Labor: "Bärtierchen sind leicht zu bekommen. Lasst uns welche besorgen und sie in einem Instrument hier reinlegen." Dieses Instrument war ein EPR-Spektrometer. Wissenschaftler verwenden es, um Atome und Moleküle zu untersuchen, die ungepaarte Elektronen haben.

Bei der Verwendung des Instruments sahen Kolling und seine Kollegen, dass die Konzentration von Superoxiden stieg, als Hypsibius exemplaris Bärtierchen in den Tun-Zustand übergingen. Superoxide sind Sauerstoffmoleküle, denen ein Elektron hinzugefügt wurde, wodurch ein Elektron ungepaart bleibt und mit anderen Atomen und Molekülen reagieren kann. Die instabilen Chemikalien, manchmal als reaktive Sauerstoffspezies oder freie Radikale bezeichnet, können Proteine und andere Bestandteile von Zellen schädigen.

Aber Superoxide können auch Signale senden, sagt Leslie Hicks, eine Chemikerin an der University of North Carolina in Chapel Hill. Ihr Labor arbeitete mit Kollings zusammen, um herauszufinden, was mit den Bärtierchen geschah. Einer der ersten Schritte der Forscher bestand darin, die Bärtierchen einem Stress auszusetzen, dem sie normalerweise nicht ausgesetzt wären.

"Lasst uns Wasserstoffperoxid auf die Bären werfen und sehen, ob sie als Reaktion auf diesen Stress Tuns bilden können", erinnert sich Hicks daran, ihren Kollegen gesagt zu haben. Das Team testete verschiedene Konzentrationen von Wasserstoffperoxid, einer stark oxidierenden Chemikalie. Tatsächlich gingen die Bärtierchen in verdünntem Wasserstoffperoxid in den Tun-Modus. Das Entfernen des Wasserstoffperoxids weckte die Bärtierchen wieder auf. Das sagte den Forschern, dass Oxidation ein wichtiges Signal für das Ein- und Ausschalten der Ruhezeit ist.

Ganz genau beobachteten Hicks und ihre Kollegen die Oxidation von Cystein, einer der Aminosäuren, aus denen Proteine lebender Organismen bestehen. Die Exposition gegenüber Wasserstoffperoxid oder anderen instabilen Chemikalien kann chemische Veränderungen an Cystein verursachen, die teilweise reversibel sind. Diese Veränderungen können wiederum die Struktur und die Enzymaktivität von Proteinen verändern.

Die Blockierung der Cystein-Oxidation verhinderte, dass Bärtierchen Tuns bildeten, ausgelöst durch hohe Salz- oder Zuckerkonzentrationen, fand das Team heraus. Die Blockierung der Cystein-Oxidation löschte auch die Fähigkeit der Bärtierchen aus, das Einfrieren zu überleben, obwohl die widerstandsfähigen kleinen Tiere keine Tuns bilden, wenn sie eingefroren sind. Das legt nahe, dass die Oxidation von Cystein eine wichtige Rolle bei allen Überlebensmechanismen der Bärtierchen spielt, sagt Hicks.

Die Forscher haben das Trocknen nicht getestet, sagt Kazuharu Arakawa, ein Systembiologe an der Keio University in Fujisawa, Japan, der nicht an der Studie beteiligt war. Er ist neugierig zu erfahren, ob andere Arten von Bärtierchen, die das Trocknen ohne Tuns tolerieren können, auch auf Oxidation angewiesen sind. Oxidation könnte auch für andere, nicht mit Bärtierchen verwandte Arten wichtig sein, sagt Arakawa. Zum Beispiel haben andere Forscher gezeigt, dass Oxidation für einige Zuckmücken wichtig ist, um das Austrocknen zu überleben.