Wie sich Bakterien orientieren – Licht, Chemie und Magnete

Bakterien besitzen die Fähigkeit sich zu orientieren und sich gezielt fortzubewegen. Dabei nutzen sie das Licht, chemische Stoffe oder sogar das Erdmagnetfeld.

Das Bakterium Helicobacter pylori lebt im menschlichen Magen

Geisseln oder Flagellen dienen den Bakterien als „Propeller“. Diese Illustration zeigt das Bakterium Helicobacter pylori, das im menschlichen Magen lebt und sich dort mittels Chemotaxis orientiert. Bild: DTKUTOO/Shutterstock.com

Gradienten – die "Strassen" der Bakterien

Bakterien haben weder GPS noch Augen, sie können keinen Kompass benutzen und hören die Geräusche ihrer Umgebung nicht. Ausserdem sind sie nur wenige millionstel Meter gross und bestehen aus einer einzigen Zelle. Denkbar schlechte Voraussetzungen also, um in der Welt die Orientierung zu behalten. Auch können sich viele Bakterien gar nicht aktiv von A nach B bewegen, denn sie haben ja keine Beine wie wir. Doch einige der winzigen Lebewesen besitzen dünne Proteinfäden (Geisseln oder Flagellen genannt), die sich drehen und so die Bakterienzelle wie ein Propeller antreiben. Dank diesem "Motor" kommen die Bakterien vorwärts. Diese Bewegung kann zufällig oder zielgerichtet sein. Manche Bakterien erkennen nämlich verschiedene Gradienten und nutzen diese zur Orientierung.

Wo ist das Licht am hellsten?

Es gibt Bakterien, die Änderungen in der Lichtintensität erkennen (sie messen den Lichtgradienten) und bewegen sich relativ direkt auf die Lichtquelle zu oder von der Lichtquelle weg – man nennt dies "Phototaxis". Das geschieht über spezielle Moleküle, die Photorezeptoren, die von den Lichtstrahlen angeregt werden und den „Motor“ der Bakterienzelle steuern. Bakterien, die Photosynthese machen (zum Beispiel Cyanobakterien) benötigen Licht und bewegen sich in Richtung höherer Lichtintensität (positive Phototaxis). Es gibt aber auch Bakterien, die vor der Dunkelheit fliehen (negative Phototaxis).

Chemische Stoffe: Verführerisch oder abschreckend?

Viele bewegliche Bakterien können chemische Gradienten zur Orientierung nutzen. Dieser Vorgang wird "Chemotaxis" genannt. Wie bei der Phototaxis gibt es auch dafür spezielle Moleküle in der Bakterienzelle (Chemorezeptoren). Diese messen die Konzentration bestimmter chemischer Stoffe und beeinflussen ebenfalls die Drehbewegung der Geisseln und somit die Bewegungsrichtung des Bakteriums. Einige Substanzen wirken auf die Bakterien anziehend, wie zum Beispiel verschiedene Nährstoffe, die die Bakterien zum Überleben brauchen. Es gibt aber auch Stoffe, die das Gegenteil bewirken und die Bakterien abschrecken. Dann bewegen sich die kleinen Lebewesen zum Ort mit der kleinsten Konzentration der ungeliebten Substanz.

Einige Bakterien sind sogar "magnetisch"

Einige Bakterien haben eine weitere faszinierende Fähigkeit: Sie orientieren sich an Magnetfeldern (Magnetotaxis). Dazu nutzen sie kleine magnetische Körnchen, die Magnetosomen, die sich in ihrem Innern befinden und wie Magnete wirken. Mit den Magnetosomen spüren die Bakterien das Erdmagnetfeld und können sich daran ausrichten. Die "magnetischen" Bakterien leben im Wasser und sind an geringe Sauerstoffkonzentrationen angepasst. Möglicherweise hilft der Magnetsinn den Bakterien, Lebensräume zu finden, die die ideale Sauerstoffkonzentration für sie haben. Etwa die Grenzfläche, wo das Wasser auf den Grund trifft.

Bakterien, die nördlich des Äquators leben, schwimmen immer in Richtung des magnetischen Nordpols. Da der magnetische Nordpol im Bezug zur Horizontalen etwas geneigt ist, schwimmen diese Bakterien in die Tiefe, das heisst zum für sie günstigeren Lebensraum. Bakterien auf der Südhalbkugel, schwimmen in Richtung des magnetischen Südpols und somit auch in die Tiefe.

Übrigens haben auch einige Tierarten einen Magnetsinn, den sie zur Orientierung nutzen, wie etwa Zugvögel, Brieftauben oder Bienen.

Kurz gesagt, besitzen Bakterien beeindruckende Möglichkeiten um sich zurecht zu finden. Sie orientieren sich an Änderungen der Lichtintensität, der Konzentration chemischer Stoffe oder an Magnetfelder.

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