Wie Meeresanemonen, die auf Tiefsee-Hydrothermalschloten leben, eine Vergiftung durch Metalle vermeiden

Das Leben in der Nähe von tiefen hydrothermalen Quellen kann ziemlich metallisch sein - im wahrsten Sinne des Wortes.

Zusätzlich zu extremen Drücken, totaler Dunkelheit und sengenden Temperaturen stoßen giftige Dämpfe aus dem Erdinneren aus. Der Ausstoß aus diesen Unterwasser-Schornsteinen enthält Partikel von Schwermetallen wie Eisen und Mangan, die in hoher Konzentration giftig werden. Aber viele Tiere machen es sich neben diesen Quellen gemütlich und bilden blühende Gemeinschaften, die scheinbar in der Lage sind, die gefährlichen Metalle um sich herum zu ertragen.

Nun haben Forscher einen Hinweis darauf, wie ein Lebewesen in dieser extremen Umgebung überlebt. Die Seeanemone Alvinactis idsseensis weist eine überraschende Menge an Genen auf, die zur Produktion von Proteinen dienen, die Metalle in einen zellulären Bereich transportieren, in dem sie keinen Schaden anrichten können, berichten die Forscher am 20. Oktober in Science Advances.

Viele Organismen haben ein paar dieser MTP-Gene für den normalen Metallstoffwechsel. Zum Vergleich: Eine verwandte Seeanemone, die in flachen Gewässern lebt, hat ein MTP-Gen. A. idsseensis hingegen hat 13 MTP-Gene, fanden Meeresbiologe Haibin Zhang und seine Kollegen heraus.

Die Edmond- und Kairei-Quellfelder im südwestlichen Indischen Ozean sind die Heimat dieser zahlreichen, unscheinbaren Seeanemone. A. idsseensis "ist die dominierende Art in diesen Quellfeldern und ernährt sich von blinden Garnelen", sagt Zhang vom Institut für Tiefsee-Wissenschaft und -Technik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Sanya. "Aber wie sich diese Anemonen an die extremen Bedingungen in den Quellen anpassen, ist noch nicht gut erforscht."

Die Forscher entdeckten die Geheimnisse der Anemone, als sie das Genom einer der tentakelbewährten Wirbellosen analysierten, die 2019 vom bemannten Fahrzeug Shenhaiyongshi im Edmond-Quellfeld gesammelt wurden. Durch die genetische Veränderung von zwei der aktivsten MTP-Gene der Seeanemone in Hefe konnte die Hefe vor toxischen Mengen an Eisen und Mangan geschützt werden, den häufigsten Metallen in der Quellumgebung.

Die Verbreitung von MTP-Genen ist auch eine Entgiftungsstrategie, die bei Pflanzen vorkommt. Die Senf-Pflanze Arabidopsis halleri beispielsweise gedeiht in Zink-reichen Böden und hat mehr MTP-Gene als ihre Verwandten, die nicht so viel Metall vertragen können.

Zhang glaubt, dass der neue Befund ein Beweis für "konvergente Evolution" zwischen Anemonen und Pflanzen sei, bei der ähnliche Umweltbedingungen zur Entwicklung der gleichen Lösung bei weit entfernt verwandten Organismen führen.

"Ich glaube wirklich, dass sie eine gute Konvergenz gefunden haben, oder zumindest eine ähnliche Strategie zur Entgiftung von Metallen", sagt Felipe Klein Ricachenevsky, ein Pflanzenphysiologe an der Bundesuniversität von Rio Grande do Sul in Porto Alegre, Brasilien, der nicht an der Studie beteiligt war.

Wie genau die MTP-Gene der Anemone eine Metallvergiftung verhindern, bleibt abzuwarten. Bei Pflanzen binden MTPs Metalle in große zelluläre Kompartimente oder Organellen, sogenannte Vakuolen (SN: 4. Juni 2019). Aber tierische Zellen verfügen nicht über solche Vakuolen. "Welche Organellen das bei diesen Tieren übernehmen, das wird sehr interessant sein, in Zukunft zu untersuchen", fragt Ricachenevsky.

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