Biologie
Gilt das Artensterben auch für die Mikroben?

Die Artenvielfalt nimmt ab. Pflanzen- und Tierarten sterben aus. Das ist gut dokumentiert. Welche Folgen hat das für die Mikroben-Welt? Das wissen wir nicht. Es könnte aber ein Problem sein. Zum Beispiel für die Gesundheit oder für unsere Ernährung.

Christoph Bopp
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Das Mikrobiom auf der menschlichen Zunge (das Zungengewebe ist weiss; die farbigen Punkte sind verschiedene Typen von Mikrobenpopulationen.

Das Mikrobiom auf der menschlichen Zunge (das Zungengewebe ist weiss; die farbigen Punkte sind verschiedene Typen von Mikrobenpopulationen.

Steven Wilbert, Gary Borisy, Forsyth Institute; Jessica Mark Welch, Marine Biological Laboratory

Wir leben im Anthropozän. Der Begriff meint für einmal nur, dass es ein Zeitalter ist, von dem Spuren des Homo sapiens auf dem Planeten auch in geologisch späteren Zeiten noch sichtbar sind. Die auffälligsten sind die radioaktiven Hinterlassenschaften der atomaren Explosionen in Atmosphäre und Erdkruste. Diese Spuren lassen sich auch exakt zeitlich bestimmen: Es begann im August 1945.

Weniger gut datierbar, aber mindestens ebenso gut sichtbar aus späterer Perspektive, ist der Verlust an biologischer Artenvielfalt, den menschliche Aktivität verursacht hat. Das Aussterben und Verschwinden verschiedener Spezies von Pflanzen und Tieren lässt sich auch einigermassen erfolgreich beobachten und dokumentieren.

Carl von Linné, schwedischer Naturforscher (1707-1778). Von ihm stammt das Benennungssystem für Tiere und Pflanzen.

Carl von Linné, schwedischer Naturforscher (1707-1778). Von ihm stammt das Benennungssystem für Tiere und Pflanzen.

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Auch wenn das 1735 begonnene Projekt eines «Systema naturae», des Versuchs, Pflanzen und Tiere zu katalogisieren und einzuteilen des schwedischen Naturforschers Carolus Linnaeus (Carl von Linné), keineswegs fertig ist, wissen wir mit ziemlicher Sicherheit, dass die Zahl der Arten rückläufig ist. Es verschwinden weit mehr Arten, als es noch neue zu entdecken und zu beschreiben gibt. (Linné hatte ursprünglich auch noch die «Mineralien» in seinem System von Klasse, Ordnung, Gattung, Art und Varietät unterzubringen versucht. Später setzte sich hier dann eine chemisch inspirierte Einteilung durch.)

Und was ist mit der Vielfalt, die man nicht sieht?

Man schätzt, dass sich das Leben auf diesem Planeten in ungefähr zehn Millionen Arten manifestiert, von denen knapp zwei Millionen beschrieben und erfasst sind. Aber es gibt auch berechtigte Annahmen, dass es weit mehr sein könnten. Linné und seine Nachfolger dachten nur in der Kategorie der «Makroben», mehr oder weniger sinnlich – mit blossem Auge oder nicht sehr raffinierter Ausrüstung – wahrnehmbaren Formen des Lebens. In der Welt der «Mikroben», der Bakterien, Pilze und gar der Viren dürfte die Vielfalt mindestens 1000 Mal grösser sein. Und weil wir immerhin wissen, dass es Bakterien auch an Orten gibt, die sehr extreme Anforderungen stellen, extrem heiss, extrem kalt, extrem trocken, extrem giftig – oder auch kombiniert, haben wir Probleme mit dem Zählen.

Andererseits wissen wir, dass die Welt, in der wir – und andere «Makroben» – leben, ohne diese Mikrobenkulturen nicht funktionieren würde. Höchstens ansatzmässig wissen wir Bescheid, was diese kleinen Einzeller alles leisten, damit «Umwelt» entsteht. Sie zerlegen, sie bauen ab, sie reduzieren, sie setzen und halten allerlei Prozesse in Gang, damit wichtige Stoff-Kreisläufe ablaufen können und sich Tiere und Pflanzen ihrerseits wieder «bedienen» können. Ohne die Kleinen nichts Grosses – und das wirft die Frage auf: Was passiert mit der Mikrobenvielfalt «unten», wenn «oben» die Artenvielfalt schwindet?

David S. Thaler, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Biozentrum der Universität Basel und Gastforscher am Programm für Human Environment der Rockefeller University, New York, hat die Frage in einem Aufsatz in der Zeitschrift «Frontiers in Ecology and Evolution» gestellt.

Eines der beunruhigsten «unknown unknowns»

Der frühere US-Verteidigungsminister Donald Rumsfeld hat den Ausdruck populär gemacht: «Unknown unknowns» – Dinge, von denen wir nicht einmal wissen, dass wir sie nicht wissen. Und um die wir uns natürlich Sorgen machen müssten. «Wir haben keine Ahnung, ob die globale Mikrobenvielfalt zunimmt, abnimmt oder gleich bleibt», sagt Thaler.

Natürlich wäre es durchaus gut, das zu wissen. Aber es gibt tiefgreifende Probleme beim Zählen. Wir können die Zahl der Arten in einem gegebenen Zeitrahmen überblicken und sehen, welche Arten ausgestorben und welche in Gefahr sind, diesem Schicksal nächstens zu verfallen. Man hat das auch bei den Mikroben versucht. Zum Beispiel, um herauszufinden, wie sich die Darmflora verändert, wenn man eine bestimmte Diät macht.

«Schwarze Raucher» – superheisse Quellen in der Tiefsee.

«Schwarze Raucher» – superheisse Quellen in der Tiefsee.

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Aber das war in einem genau bestimmten Segment. Es ist unmöglich, alles zu zählen. Wenn man – was plausibel ist, – annimmt, dass die Mehrheit der Mikrobenvielfalt auf dem Planeten in den superheissen Regionen am Meeresgrund zu Hause ist, werden wir Mühe haben, dort etwas herauszufinden. Es könnte sogar schwierig werden, eine Basis­linie zu bestimmen. Weil neue Vielfalt schneller entsteht, als sie gemessen werden kann.

Mehr Pathogene und ­weniger Nahrungsmittel?

Wie in der menschlichen Darmflora gibt es auch in anderen Bereichen der Biologie gut funktionierende Symbiosen zwischen der Mikro- und der Makro-Welt. Was passiert mit den Mikroben, wenn ihre «Umwelt», die spezifischen Pflanzen oder Tiere, verschwinden? Oder: Was passiert mit uns Menschen, wenn Mikroben, die uns in grosser Zahl bevölkern, unkontrolliert zu wuchern beginnen? Man schätzt, dass von einer Million bekannter Mikroben ungefähr die Hälfte für uns eventuell schädlich sein könnte.

Norbert Wiener (1893-1964), Begrüder der Kybernetik.

Norbert Wiener (1893-1964), Begrüder der Kybernetik.

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Claude Elwood Shannon (1916-2001), der Begründer der mathematischen Theorie der Information.

Claude Elwood Shannon (1916-2001), der Begründer der mathematischen Theorie der Information.

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Nach dem Zweiten Weltkrieg, als Claude Shannon und Co. den Begriff der Information kreierten, kam man schnell auf den Gedanken, die Idee auch auf die Biologie anzuwenden. Norbert Wiener, der selbst ernannte «Vater der Kybernetik», und andere versuchten informationstheoretisch der biologischen Vielfalt auf die Spur zu kommen. Was ist an Proteinen überhaupt «möglich», die in einer DNA-codierten Bibliothek aufbewahrt sind? Oder anders: Ein grosser Teil der Information, welche die Erde bewohnbar macht, ist in der DNA der Mikrowelt aufbewahrt. Wie gross ist dieser Teil? Wir wissen es nicht, aber die Annahme ist vernünftig, dass es der überwältigende Teil ist.