Das unsichtbare Bakterium, das Biologies Stickstoffregel brach (Es steckte die ganze Zeit in einer Alge)

Jahrzehntelang wurde der Ozeanograf Jon Zehr von einem Organismus heimgesucht, von dem er wusste, dass er existiert, den er aber nicht sehen konnte. In den 1990er Jahren machte Zehr auf einem Forschungsschiff mitten im Ozean Jagd auf neue stickstofffixierende Bakterien. Mit hochmodernen DNA-Techniken entdeckte er eine bisher unbekannte Art einzelliger Cyanobakterien, etwa 3 Mikrometer groß. Doch als er unter dem Mikroskop nachsah, passte nichts. Der genetische Fußabdruck war da, aber das Bakterium war unsichtbar.

Zehr suchte überall – von den tropischen Gewässern Hawaiis bis zur Arktis –, aber er fand nichts. Das Rätsel vertiefte sich, als sein Team entdeckte, dass der Organismus etwa 80 % seines Genoms verloren hatte, einschließlich der Gene für die Photosynthese. Wie konnte er überhaupt leben? Dann fiel Zehr ein Muster auf: Jede Probe, die die mysteriöse DNA enthielt, enthielt auch DNA einer bestimmten Algenart, Braarudosphaera bigelowii. Vielleicht versteckte sich das Bakterium in einem anderen Organismus.

Währenddessen war auf der anderen Seite der Welt die japanische Algenforscherin Kyoko Hagino von derselben Alge besessen. Sie verbrachte Jahre damit, mit ihrer Tochter Meerwasser zu sammeln, die dachte, der Strand sei nur für Probenahmen da. Um eine Kultur zu züchten, fügte Hagino schließlich Tokoroten hinzu – eine traditionelle japanische Meeresnudel –, was funktionierte. In der Alge entdeckte sie einen mysteriösen schwarzen Punkt. Gerade als sie veröffentlichen wollte, stieß sie auf Zehrs Artikel, der vorschlug, dass sein unsichtbares Bakterium in Bigelowii lebt. Ein Gentest bestätigte es: Hagino hatte Zehrs vermissten Organismus gefunden.

Gemeinsam enthüllten sie, dass das Bakterium und die Alge so voneinander abhängig geworden waren, dass das Bakterium im Wesentlichen zu einem Organell geworden war – einem stickstofffixierenden Kraftwerk namens Nitroplast. Dies ist erst der dritte bekannte Fall einer solchen Fusion in der Erdgeschichte, neben Mitochondrien und Chloroplasten. Die Entdeckung schreibt eine grundlegende Regel der Biologie neu: Komplexes Leben kann jetzt Stickstoff fixieren, was die Tür zu potenziellen Innovationen wie selbstbefruchtenden Pflanzen öffnet – auch wenn wir uns nicht zu sehr aufregen wollen, bis die Nudeln ins Spiel kommen.