Symbiose

"Es gibt auch Bakterien, die offene Beziehungen pflegen"

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Die Molekularbiologin Eva Kondorosi über die Symbiose von Hülsenfrüchten und Knöllchenbakterien sowie über die Forschungsarbeit in Ungarn.

Sehr geehrte Frau Kondorosi, auf YouTube gibt es einen Vortrag von Ihnen ...
Das wusste ich nicht.

„Wunder der Symbiose“ heißt er. Sie hielten ihn im September beim „Molecular Frontiers Symposium“ an der Eötvös-Loránd-Universität in Budapest. Auf Englisch. Darum würde er zu verstehen sein. Dachte ich. Er dauert nur eine halbe Stunde. Aber da ich jeden der biologischen Fachbegriffe nachschlagen musste, waren nach zwei Stunden Arbeit nicht einmal sechs Minuten Ihres Vortrages bewältigt. Ich sage Ihnen das, um den Grad meiner Ignoranz deutlich zu machen. Sie müssen ganz unten anfangen. Hoffentlich mache ich nichts falsch bei Übersetzung und Niederschrift des Interviews.
Ich beschäftige mich jetzt seit dreißig Jahren mit der Symbiose von Hülsenfrüchten und Bakterien. Mit Symbiose bezeichnen wir die wechselseitige Abhängigkeit von zwei oder mehr Organismen, also von Tieren, Pflanzen und Mikroben. Symbiose ist nichts Besonderes. Es gibt sie überall. In unserem Körper zum Beispiel befinden sich bis zu zwei Kilo Mikroben, die wir unbedingt brauchen. Unter anderem zur Verdauung und für das Immunsystem. Meine Gruppe untersucht vor allem die Symbiose des gestutzten Schneckenklees mit Knöllchenbakterien. Das ist ein besonderer Fall, denn hier ist jede Pflanze auf ein ganz bestimmtes Bakterium angewiesen. 

So spezialisiert zu sein, ist evolutionär betrachtet ein hohes Risiko. Wie kam es dazu?
Seit etwa 500 Millionen Jahren leben Pflanzen in Symbiose mit Pilzen. Sie ermöglichte erst den Landgang der Pflanzen. Pilze entnehmen dem Boden Phosphor und Stickstoff, verwandeln ihn und machen ihn so der Pflanze zugänglich. Ohne Stickstoff können Tiere und Pflanzen nicht leben. Den in Massen vorhandenen Luftstickstoff, 78 Prozent der Gesamtmenge, können sie nicht knacken. 

Was geschieht bei der von Ihnen untersuchten Symbiose?
Die Symbiose zwischen Legumen und Knöllchenbakterien ist gerade mal 60 Millionen Jahre alt. Knöllchenbakterien heißen sie, weil sie sich in den Wurzelknöllchen der Pflanzen niederlassen. Das Besondere an dieser Symbiose ist, dass sie nicht immer gebraucht wird. Meist holen sich die Pflanzen den Stickstoff in Form von Nitrat aus der Erde. Das bilden dort frei lebende Bodenbakterien. Wenn aber nicht genügend Nitrat vorhanden ist, dann gehen unsere Pflanzen nicht ein. Sie rufen Knöllchenbakterien zu Hilfe.

Wie tun sie das?
Sie rufen natürlich nicht, sondern es kommt zu chemischen Reaktionen, die dazu führen, dass von der Milliarde von Bakterien, die in jedem Gramm Erde leben, genau das Richtige andockt. 

Diese Mechanismen haben Sie erforscht.
Signalmoleküle spielen die entscheidende Rolle bei der Verbindung von Bakterium und Wirtspflanze. Es handelt sich nicht um ein Signal, das nur einmal ausgesendet wird, sondern um eine kontinuierliche Interaktion, die den ganzen Prozess begleitet. Halten Sie sich vor Augen: Die Pflanze braucht das Bakterium, weil nur das in der Lage ist, den Luftstickstoff zu absorbieren und so zu verwandeln, dass die Pflanze ihn nutzen kann. Aber das Bakterium könnte das ohne die Pflanze nicht. Es besitzt zwar die erforderlichen Enzyme zur Fixierung des Luft-Stickstoffs. Aber das Wichtigste von ihnen ist extrem sauerstoffempfindlich. Das Bakterium braucht zwar Sauerstoff, hat es aber auch nur ein wenig zu viel, arbeitet es nicht mehr. Die Pflanze reguliert für das Bakterium die Sauerstoffmenge. Sie tut das, indem sie in den Knöllchen ein eisenhaltiges Protein bildet, das den überschüssigen Sauerstoff bindet. Es ähnelt übrigens dem gleichfalls Sauerstoff bindenden Hämoglobin in unserem Blut. Daher sind die Wurzelknöllchen ebenfalls rötlich.

Da fängt man an, über die Rolle des Geizes in der Evolution nachzudenken.
Wir haben es bei der Symbiose von Hülsenfrüchten und Knöllchenbakterien mit einer Endosymbiose zu tun. Das Bakterium lebt in einer Zelle der Pflanze. Dort gewinnt es aus dem Luftstickstoff Ammoniak, aus dem es wiederum Aminosäuren synthetisiert. Die Pflanze dient dem Bakterium als Kohlenstoff- und Energiequelle. Die Bakterien sind sehr unterschiedlich geformt. Ihre Formen werden von Peptiden, organischen Verbindungen, ihrer Wirtspflanze kontrolliert. Von denen viele sich gegen Bakterien richten.

Das klingt sehr, sehr kompliziert.
Es sind Hunderte von Peptiden. Wie die im Einzelnen agieren, wissen wir noch nicht genau. Aber es gibt, so viel zu Ihrer Idee vom Geiz der Evolution, Ähnlichkeiten mit bestimmten Symbiosen von Bakterien und Insekten, bei denen Wirtspeptide  eine ähnliche Rolle bei der Manipulation der Bakterien spielen. Die Erforschung der Symbiose von Hülsenfrüchten und Knöllchenbakterien hilft uns offenbar, auch weit entfernte, aber konvergente Vorgänge zu verstehen. 

Lauter Wörter, die ich jetzt das erste Mal höre.
So ist es, wenn man sich mit etwas beschäftigt, von dem man noch keine Ahnung hat. Schlagen Sie nach! Sie werden schlauer werden.

Wie kam es, dass Bakterium und Pflanze sich überhaupt trafen? Die Evolution fand doch jeweils separat in Pflanze und Bakterium statt?
Sie erinnern sich, dass Pflanzen überhaupt nur auf der Erde Fuß fassen konnten, weil sie sich mit Pilzen zusammentaten. Auch für diese Symbiose waren bereits Signalmoleküle notwendig. Viele der einzelnen Schritte, die ich Ihnen hier nicht darlegen kann, bedurften nur minimaler Veränderungen, um statt mit Pilzen mit Bakterien gegangen zu werden. Das geschah durch Ko-Evolution, also durch die wechselseitige Anpassung zweier stark interagierender Arten.

Ihre Forschung verändert unseren Blick auf die Evolution?
Nein, nein. Aber die Symbiose von Hülsenfrüchten und Bakterien ist ein sehr schönes, ein sehr überzeugendes Beispiel für Ko-Evolution. Beide Partner haben sich im Laufe der Evolution immer stärker aufeinander eingestellt. Jetzt ist es so, dass sie durch eine chemische Geheimsprache verbunden sind, die nur die beiden Partner verstehen. Die von ihnen ausgesendeten Signale sagen nur ihnen etwas. Hunderte Millionen Bakterien verstehen kein Wort dieser Unterhaltung. 

Jetzt verstehen auch Sie diese Sprache.
Noch verstehen wir nur hier und da etwas davon. 

Gibt es Pflanzen, die im Laufe ihres Lebens ihren Symbiose-Partner wechseln?
Nein. Aber es gibt auch unter den Hülsenfrüchten Pflanzen, die nicht so hoch spezialisiert sind. Sie sind nicht monogam, sondern promisk. Es gibt auch Bakterien, die sich nicht auf einen einzigen Partner spezialisiert haben, sondern offene Beziehungen pflegen. Sie reagieren auf ganz unterschiedliche Signalmoleküle. 

Das sind die mediterranen Typen?
Nein, dieses Klischee stimmt auch hier nicht. 

Das ist eine Welt, von der wir vor 30 Jahren noch nichts wussten?
Man wusste, dass eine Symbiose stattfindet. Man wusste auch, dass Bakterien sehr unterschiedliche Formen haben. Aber noch zu Beginn unseres Jahrhunderts wussten wir nicht, was zum Beispiel die verschiedenen Bakterienformen zu bedeuten hatten. Wir hatten auch keine Ahnung vom Gang der Kommunikation zwischen Pflanze und Bakterium. Es gab jede Menge Hypothesen. Erst durch unsere systematischen Untersuchungen kamen wir langsam der Mechanik der Symbiose auf die Spur. 

In Ihrer Dankesrede für den Balzanpreis erklärten Sie, Wissenschaft brauche Freiheit. Hatten Sie Probleme damit im kommunistischen Ungarn?
Nicht wirklich. Wir konnten erforschen, was wir wollten. Wenn ich oder mein Mann zu irgendeiner Tagung eingeladen wurden, dann musste der andere immer in Budapest bleiben. Als Geisel. Das war fast schon alles.

Heute ist die Lage anders?
Es wird heute viel von Innovation geredet. Innovation steht für die Aussicht auf wirtschaftlichen Erfolg. Aber Innovation ist nur möglich bei einem möglichst umfassenden freien Austausch von Informationen und Gesichtspunkten. Davon wollen die Politiker, dieselben, die so gerne über Innovation sprechen, allerdings nichts wissen. Die Politik maßt sich immer mehr an, darüber zu entscheiden, was förderungswürdige Forschungsvorhaben sind und was nicht. Sie hören immer weniger auf Experten. Sie sind nur an schnellen Ergebnissen interessiert.

Das gilt nicht nur für Ungarn.
Das stimmt. Aber in Ungarn greifen die Politiker jetzt nach den Universitäten, nach den Akademien. Es wird eng.

Wohin lassen Sie das Preisgeld überweisen?
Nicht auf ein ungarisches Konto.

Interview: Arno Widmann

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