Eine winzige Amöbe, die in heißen Quellen entdeckt wurde, erhöht die bislang bekannte Höchsttemperatur für Leben mit Zellen mit Zellkern um mehrere Grad.
Ihr Name ist Incendiamoeba cascadensis. Forschende isolierten sie in geothermalen Gewässern des Lassen-Volcanic-Nationalparks in Kalifornien. Diese Amöbe gehört zu den Eukaryoten, der großen Gruppe, zu der unter anderem Tiere, Pflanzen und Pilze gehören. Gemeinsam ist ihnen eine Zelle, deren Erbgut in einem Zellkern eingeschlossen ist.
Boiling Springs Lake, geothermaler Bereich des Lassen-Volcanic-Nationalparks in Kalifornien. Bildnachweis: Frank Schulenburg, CC BY-SA 4.0.
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Bislang konnten sich einige Pilze und Rotalgen bei etwa 60 °C noch vermehren. Der Neuzugang überschreitet diese Grenze. Im Labor beobachteten Forschende, dass sie sich bis 63 °C vermehrte. Sie beobachteten sogar direkt die Mitose, also die Phase, in der eine Zelle ihr Erbgut verteilt, bevor sie sich teilt.
Die Hitze wird nicht nur für einige Augenblicke toleriert. Incendiamoeba wächst zwischen 42 und 63 °C, mit optimalem Wachstum bei etwa 55 bis 57 °C. Bei 64 °C vermehrt sie sich nicht mehr, kann sich aber weiterhin bewegen. Wird sie 70 °C ausgesetzt, kann sie sich noch erholen, wenn die Temperatur wieder sinkt.
Um diese Widerstandsfähigkeit zu verstehen, untersuchte das Team auch ihre DNA und die Aktivität ihrer Gene. Mehrere Mechanismen scheinen zu ihrem Überleben beizutragen. Die Amöbe besitzt mehr Gene, die mit der Aufrechterhaltung von Proteinen und der Stabilität ihres Erbguts verbunden sind. Bei starker Hitze erhöht sie außerdem die Aktivität von Genen, die an der Reparatur der DNA beteiligt sind.
Sie kann auch ihre Form verändern, wenn die Bedingungen zu heiß werden. Bei hohen Temperaturen bildet sie eine schützende Hülle und tritt in einen Ruhezustand ein. Diese Fähigkeit ermöglicht es ihr, vorübergehend Bedingungen zu überstehen, unter denen sie sich nicht mehr ernähren oder vermehren kann. Anschließend nimmt sie ihre Aktivität wieder auf, wenn ihre Umgebung wieder günstig wird.
In ihrer heißen Quelle verschafft ihr diese Widerstandsfähigkeit einen sehr konkreten Vorteil. Die Amöbe ernährt sich von an die Hitze angepassten Bakterien und steht an der Spitze dieser winzigen Nahrungskette. Bei solchen Temperaturen fanden die Forschenden keine mikroskopisch kleinen Tiere, die diese Amöben fressen könnten. Auch die Konkurrenz um Nahrung ist dort geringer.
Der Rekord liegt weiterhin deutlich unter dem mancher kernloser Lebensformen. Das Archaeon Methanopyrus kandleri kann sich in der Nähe tiefer hydrothermaler Quellen bis 122 °C entwickeln. Eukaryotische Zellen besitzen jedoch mehr hitzeempfindliche innere Strukturen.
Die Forschenden wollen nun verstehen, welche Anpassungen die Proteine dieser Amöbe so hitzebeständig machen. Einige davon könnten für die Biotechnologie interessant sein, insbesondere für die Entwicklung von Enzymen, die bei hohen Temperaturen aktiv sind. Auch in anderen geothermalen Regionen wurden ähnliche Gensequenzen entdeckt, was die Forschung für weitere verwandte Arten öffnet.