Sie überlebt Temperaturen, die Zellen zerstören

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Neu entdeckte Feueramöbe zwingt Forscher, eine Grundregel der Biologie neu zu schreiben

Von: Tanja Banner

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Forscher haben eine Amöbe entdeckt, die das Unmögliche schafft – und eine der ältesten Grundregeln der Biologie ins Wanken bringt.

Syracuse – Auf der Erde gibt es unzählige Lebensformen in den unterschiedlichsten Formen. Doch eine neue Entdeckung zeigt, dass die Forschung längst nicht alles über Leben auf der Erde weiß. Ein Forschungsteam, das von der US-Raumfahrtorganisation NASA unterstützt wurde, hat einen Organismus entdeckt, der in einem besonders extremen Umfeld überleben kann. Bisher ging die Wissenschaft davon aus, dass Eukaryoten (siehe Infobox) nur bis zu einer Temperatur von 60 Grad Celsius überleben können. Jede Temperatur darüber könnte wichtige Zellkomponenten zerstören.

In den heißen Gewässern des Lassen Volcanic National Park in Kalifornien hat das Forschungsteam nun jedoch eine Amöbe beobachtet, die bei höheren Temperaturen überleben kann. Bei 63 Grad Celsius war sie noch in der Lage, sich durch Zellteilung zu vermehren, bei 64 Grad Celsius suchte sie noch aktiv nach Nahrung. Der Einzeller kann sich bei Temperaturen von bis zu 70 Grad Celsius schützen, indem er seine Form verändert und eine schützende äußere Schicht bildet. Die Amöbe erhielt den Namen Incendiamoeba cascadensis und wird auch „Feueramöbe“ genannt.

Feueramöbe neu entdeckt: Einzeller kann bei höchsten Temperaturen überleben

Das Forschungsteam veröffentlichte seine Ergebnisse im Fachjournal Cell. „Diese Entdeckung erweitert die Grenzen dessen, was wir für möglich gehalten haben, und das ist unglaublich spannend“, sagt die korrespondierende Autorin Angela Oliverio von der Syracuse University. „Möglicherweise gibt es noch mehr Eukaryoten, die bei noch höheren Temperaturen überleben können, als wir bisher kennen.“

Zwischen 2023 und 2025 sammelte das Forschungsteam Organismen im geothermalen Wasser in Kalifornien und testete das Verhalten der Einzeller anschließend im Labor. Dabei fiel vor allem die bis dahin noch unbekannte Amöbe auf. Die konnte sich nicht nur vor Temperaturen bis 70 Grad Celsius schützen – sie erholte sich anschließend auch wieder, wenn sie in kühlere Temperaturen gelangte.

Zusätzliche Gene der Feueramöbe halten die Proteine aufrecht und reparieren DNA

Im Genom der Amöbe gibt es zusätzliche Gene, die mit der Proteinaufrechterhaltung und DNA-Reparatur in Verbindung stehen. Diese könnten dem Organismus helfen, mit extremer Hitze besser zurechtzukommen als andere Amöben, vermutet das Forschungsteam. Außerdem weisen die Proteine der Feueramöbe an der Oberfläche mehr positiv geladene Aminosäuren auf – ein Merkmal, das die Forschung auch bei einigen der hitzetolerantesten Bakterien und Archaea beobachten konnte. Es wird vermutet, dass diese Moleküle dazu beitragen, die Proteine stabil zu halten und zu verhindern, dass sie sich unter extremer Hitze entfalten oder verklumpen.

„Auch wenn diese Organismen so unterschiedlich sind, gibt es doch eine Übereinstimmung darin, wie die Eigenschaften von Proteinen ausgewählt werden, um unter hohen Temperaturen stabil zu bleiben“, sagt Erstautorin Beryl Rappaport, Doktorandin an der Syracuse University.

In welcher Umgebung kann Leben existieren?

Bei dem neuen Temperaturrekord der Feueramöbe geht es nicht nur darum, wozu komplexes Leben auf der Erde in der Lage ist – sondern auch darum, in welcher Umgebung Leben grundsätzlich existieren kann. In der Astrobiologie geht es dabei unter anderem darum, auf welchen Planeten jenseits der Erde Leben möglich sein könnte.

„Die Erforschung von Extremophilen hilft uns, die biochemischen und physiologischen Grenzen des Lebens, wie wir es auf der Erde kennen, besser zu verstehen“, erklärt Alison Olcott, Programmwissenschaftlerin für Exobiologie am NASA-Hauptquartier in Washington D.C. „Diese Erkenntnisse helfen wiederum der NASA bei der Suche nach Leben, da sie den Bereich der Bedingungen erweitern, unter denen Leben unserer Meinung nach anderswo potenziell existieren könnte.“

Extremophile sind auch für die Biotechnologie spannend

Die Erforschung von sogenannten Extremophilen – Lebewesen, die in extremen Umgebungen leben können – ist auch wichtig für die Biotechnologie. Viele Extremophile produzieren einzigartige Proteine, die unter anderem für die Medizin oder die Industrie von Nutzen sein können. „Wir konnten zahlreiche Strategien aufdecken, die I. cascadensis helfen könnten, bei hohen Temperaturen zu überleben, und einige dieser Strategien könnten von Thermophilen in allen Lebensformen genutzt werden“, erklärt Rappaport.

Eukaryoten und Prokaryoten im Vergleich

Prokaryoten wie Bakterien und Archaeen sind sehr einfach aufgebaute Einzeller, deren DNA frei in der Zelle liegt. Da sie weder einen echten Zellkern noch empfindliche Zellorganellen besitzen, gelten sie als extrem robust und halten bisher den absolut höchsten Temperaturen von bis zu 122 Grad Celsius stand.

Eukaryoten hingegen bilden die Grundlage für komplexes Leben und umfassen mikroskopische Amöben ebenso wie Pilze, Pflanzen, Tiere und Menschen. Ihre meist deutlich größeren Zellen schützen das Erbgut in einem eigenen Zellkern und verfügen über spezialisierte Zellorgane. Aufgrund dieser empfindlichen Strukturen reagieren Eukaryoten deutlich sensibler auf Hitze.

Extreme Hitze führt zum Abbau von Proteinen und anderen Molekülen, die lebende Zellen benötigen. Hitze kann auch dazu führen, dass Membranen zerfallen, wodurch Zellen zerstört werden. Lange Zeit wurde vermutet, dass die Organellenmembranen in Eukaryoten bei Temperaturen über 62 Grad Celsius nicht stabil bleiben können. Die Entdeckung der Feueramöbe widerlegt diese Annahme jedoch.

Fund „erweitert unser Verständnis davon, wo Leben zu finden sein könnte“

„Möglicherweise waren Studien zu Eukaryoten bislang teilweise aufgrund von Annahmen über die Membranstabilität eingeschränkt“, betont Rappaport. „Wir hoffen, dass die Entdeckung von I. cascadensis andere dazu anregt, weiter nach Hochtemperatur-Eukaryoten zu suchen.“ Olcott ergänzt: „Die Entdeckung von Eukaryoten, die in Umgebungen mit hohen Temperaturen überleben, erweitert nicht nur unser Verständnis davon, wo Leben zu finden sein könnte, sondern auch davon, wie komplex dieses Leben sein könnte.“

Allerdings betont das Forschungsteam, dass nicht nur die Temperatur alleine ausschlaggebend dafür ist, ob ein Einzeller irgendwo überleben kann. „Es geht nicht nur um die Temperatur. Eine Lebensumgebung benötigt auch den richtigen Säuregrad, den richtigen Sauerstoffgehalt, den richtigen Druck, Wasser und Nahrung. I. cascadensis könnte nicht alleine überleben. Auch sie ist auf andere Lebewesen angewiesen“, betont Rappaport. (Quellen: Studie, NASA-Mitteilung, Pressemitteilung von Cell Press) (tab)