Die zerstörerischsten Weichtiere der Welt

Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass Schiffswürmer Holz mithilfe symbiotischer Mikroben in ihrem Darm verdauen, eine Entdeckung, die bisherige Vorstellungen auf den Kopf stellt und erhebliche Auswirkungen auf die Biotechnologie und Umweltmodellierung hat. Ein Querschnitt der mit Schiffswurmlöchern gefüllten Piers in Belfast. Bildnachweis: Barry Goodell

Die Aufdeckung der Geheimnisse der faszinierendsten und zerstörerischsten Weichtiere der Welt könnte Auswirkungen auf alles haben, vom Klimawandel bis zur öffentlichen Gesundheit.

Sie brachten die antiken griechischen Flotten durcheinander, halfen dabei, das Schiff von Christoph Kolumbus zu versenken, trugen dazu bei, die spanische Armada zu versenken, und führten dazu, dass Piers in der Bucht von San Francisco ins Meer stürzten. Bisher konnten Wissenschaftler jedoch nicht genau bestimmen, wie Schiffswürmer – eine Familie von Weichtieren – konnten solchen Schaden anrichten. Ein Forscherteam unter der gemeinsamen Leitung der University of Massachusetts Amherst und der University of Plymouth sowie von Mitarbeitern der University of Maine und der Chan School of Medicine der University of Massachusetts hat herausgefunden, dass eine Gruppe symbiotischer Mikroben in einem vernachlässigten Zustand lebt Unterorgan des Mikroorganismus. Der Verdauungstrakt namens Typhlosol hat die Fähigkeit, Enzyme abzusondern, die zur Verdauung von Lignin – dem härtesten Teil des Holzes – benötigt werden.

„Schiffswürmer sind sehr wichtige Tiere“, sagt Robin Shipway, Co-Autor der kürzlich in der Fachzeitschrift Science veröffentlichten Studie. Internationaler biologischer Abbau und biologischer Abbau Er begann diese Arbeit im Rahmen eines Postdoktorandenstipendiums an der UMass Amherst. „Sie kommen in allen Weltmeeren vor und haben nicht nur die Geschichte verändert, sondern sind auch Ökosystemingenieure und spielen eine wesentliche Rolle beim Kohlenstoffkreislauf in Gewässern. Es ist unglaublich, dass wir noch nicht vollständig verstanden haben, wie sie dies tun.“ „

Verdauung von Holz durch Schiffswürmer

Holz ist ein Wundermaterial: Die faserige, aber nahrhafte Zellulose ist flexibel und stark und kann eine wunderbare Mahlzeit ergeben – aber nur für die Organismen, die es verdauen und die Ligninschicht, das zähe, panzerartige Material, das den Körper umgibt, durchdringen können . Zellulose ist wie die Verpackung für Ihren Lieblingssnack, die Wut auslöst. Mikrobiologen wissen seit langem, dass Tiere, die Lignin verdauen können – wie zum Beispiel Termiten – in ihrem Darm spezialisierte symbiotische Mikrobenkolonien beherbergen, die das Lignin für sie abbauen. „Das Verdauungssystem des Schiffswurms galt lange als nahezu steril“, sagt Hauptautor Barry Goodell, kürzlich pensionierter Professor für Mikrobiologie an der University of Massachusetts Amherst und emeritierter Professor an der University of Maine.

Der Schiffswurm ist eigentlich ein Weichtier, das in allen Weltmeeren vorkommt. Bildnachweis: Robin Shipway

Wie machen Schiffswürmer also das, was sie tun?

Gödel und Shipway haben einen Großteil des letzten Jahrzehnts damit verbracht, diese Frage zu beantworten: Testen Sie verschiedene innovative Hypothesen– Keiner von ihnen hat das Geheimnis der Schiffswürmer preisgegeben.

„Wir beschlossen, den Darm des Schiffswurms noch einmal ganz genau unter die Lupe zu nehmen, in der Hoffnung, dass den Forschern der letzten 100 Jahre vielleicht etwas entgangen ist“, sagt Goodell.

Tatsächlich scheint dies der Fall zu sein.

Es stellt sich heraus, dass Schiffswürmer ein seltsames Unterorgan haben, das als Typhus bezeichnet wird – „es sieht aus, als wäre der Schnurrbart von Salvador Dali auf den Kopf gestellt“, sagt Shipway – das ein wesentlicher Bestandteil des Verdauungssystems der Molluske ist. Frühere Forscher dachten, es handele sich um eine Mischstruktur, aber als Goodell und Shipway sorgfältige Kulturarbeiten durchführten, wandten sie sich dann an die metagenomischen Analyseeinrichtungen des Argonne National Laboratory sowie an die fortschrittliche genetische Mikroskopietechnologie des Argonne National Laboratory. Am UMass Amherst Institute for Applied Life Sciences fanden sie, was Generationen von Forschern ignoriert hatten: versteckte Populationen kommensaler Bakterien mit der Fähigkeit, Lignin verdauende Enzyme zu produzieren.

Barry Goodell (UMass Amherst) inspiziert Baumstämme voller Schiffswurmlöcher. Bildnachweis: Barry Goodell

Mögliche Anwendungen und Umweltauswirkungen

Diese Forschung hilft nicht nur, ein seit langem bestehendes Rätsel zu lösen, sondern die Ergebnisse könnten auch wichtige praktische Anwendungen haben. Biotechnologieunternehmen sind auf der Suche nach neuen Enzymen, die widerspenstige Substrate effizienter verdauen können, als es aktuelle bioindustrielle Verfahren erlauben, und neue Enzymquellen, die die Struktur von Biomasseabfällen aufschlüsseln können, sind für die Entwicklung dieses Bereichs sehr wichtig. Darüber hinaus haben sich frühere Schiffswurm-Symbiosen als Fundgrube für Naturstoffe erwiesen – etwa neue antiparasitäre Antibiotika –, die erhebliche Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben können.

Im Hinblick auf den Klimawandel könnte eine solche Forschung dazu beitragen, Modelle zu verbessern, die vorhersagen, wie Kohlendioxid entsteht₂ Andere Treibhausgase werden in die Umwelt freigesetzt, insbesondere weil große Mengen an Holzabfällen an Land im Meer landen, von denen ein Großteil über den Darm des Schiffswurms gelangt.

Endlich wieder ein Tier Klassifizieren, einschließlich anderer Weichtiere, des Regenwurms und sogar der Kaulquappenstadien von Fröschen, besitzen ebenfalls einen Typhus, der bisher nicht gut untersucht wurde. Wenn bei diesen Tieren Symbiosen gefunden werden, die denen bei Schiffswürmern ähneln, könnte dies unser Verständnis darüber verändern, wie diese Tiere ihren Weg in die Welt finden. „Es ist sehr zufriedenstellend“, sagt Goodell über die Forschung. „Wir versuchen seit Jahren, dieses Rätsel zu lösen und haben endlich das Geheimnis der verborgenen Bakteriensymbiose des Schiffswurms entdeckt.“

Referenz: „Erster Bericht über mikrobielle Symbiosen im Verdauungstrakt von Schiffswürmern“ von Barry Goodell, James Chambers und Doyle V. Ward, Cecilia Murphy, Eileen Black, Luca Bunge Kikute Mancilio, Gabriel Pérez González und J. Robin Shepway, 5. Juni 2024, Internationaler biologischer Abbau und biologischer Abbau.
doi: 10.1016/j.ibiod.2024.105816