Wie orientieren sich Mikroorganismen, um den optimalen Lebensraum zu finden? Dass sogenannte magnetotaktische Bakterien das Magnetfeld der Erde als biologischen Kompass nutzen, ist bereits gut untersucht. Einige eukaryotische Einzeller – also komplexere Organismen wie Wimperntierchen, die im Gegensatz zu Bakterien einen Zellkern besitzen – haben diese Fähigkeit ebenfalls. Wie sie aber dazu kommen, blieb bisher weitgehend ein Rätsel. Ein internationales Team um Professor William Orsi vom Department für Geo- und Umweltwissenschaften der LMU hat nun ein bisher unbekanntes magnetotaktisches Wimperntierchen entdeckt, das eine ungewöhnliche Strategie verfolgt: die Symbiose mit gleich zwei Partnern in seinem Zellinneren.

Die Forschenden fanden das neue Wimperntierchen Tropidoatractus magnetotacticus in sauerstoffarmen Fluss-Sedimenten aus der Nähe von Libreville in Gabun. Elektronenmikroskopische Aufnahmen zeigten, dass es winzige Magnetitpartikel besitzt, die in einer perlenkettenartigen Struktur angeordnet sind und ihm helfen, sich am Magnetfeld zu orientieren – und dass diese Partikel von lebenden bakteriellen Symbionten im Inneren des Einzellers stammen. „Als wir diese Zellen zum ersten Mal beobachteten, wurde uns sofort klar, dass wir etwas Ungewöhnliches vor uns hatten. Die Entdeckung, dass sie sich mithilfe dieser Endosymbionten orientieren, offenbarte eine faszinierende neue Art und Weise, wie Eukaryoten das Erdmagnetfeld nutzen können“, sagt Leon Kaub, gemeinsam mit Mitali Chitnis Erstautor der Studie.

Kooperation als Anpassung an den Lebensraum

Zudem legten die mikroskopischen Aufnahmen nahe, dass das Wimperntierchen noch weitere mikrobielle Partner besitzt. Genetische Analysen bestätigten dies: Neben den Magnetit-bildenden Symbionten beherbergt das Wimperntierchen auch methanproduzierende Archaeen, die Stoffwechselprodukte des Wimperntierchens verwerten und damit vorteilhafte Bedingungen für den Energiestoffwechsel der Partner in den sauerstofffreien Sedimenten schaffen. Gemeinsam mit der Orientierung am Erdmagnetfeld, die den Wimperntierchen hilft, nach unten zu schwimmen und schneller in sauerstoffarme Sedimente zu gelangen, ermöglicht diese Symbiose allen Partnern ein effizienteres Überleben in ihrer ökologischen Nische.

„Unser Fund eröffnet neue Perspektiven auf die Evolution des Magnetsinns“, sagt Chitnis. „Demnach kann diese Fähigkeit nicht nur durch die Evolution eines einzelnen Organismus entstehen, sondern auch aus einer langfristigen Symbiose verschiedener Mikroorganismen hervorgehen.“ Orsi ergänzt: „Nachdem diese Art der Symbiose nun entdeckt wurde, gehe ich davon aus, dass noch viele weitere ähnliche Kooperationen in sauerstofffreien Umgebungen entdeckt werden und dass diese Zusammenhänge häufiger vorkommen als bisher bekannt.“