Biologie Wasserflöhe im Standby
Wenn die Umweltbedingungen ungünstig sind, können sich Wasserflöhe Jahrzehnte oder Jahrhunderte lang in einen Dornröschenschlaf begeben. RUB-Forscherinnen haben einen ihrer Tricks entschlüsselt.
Zu wenig Nahrung, veränderte Licht- und Temperaturverhältnisse oder zu viel Konkurrenz durch Artgenossen können Wasserflöhe der Gattung Daphnia in einen sehr langen Schlaf versetzen – oder genauer gesagt: ihre Nachkommen. „Sind die Umweltbedingungen ungünstig, bringen Daphnien keine lebenden Nachkommen zur Welt wie üblicherweise, sondern produzieren Embryonen, die in ihrer Entwicklung gehemmt sind“, erklärt Dr. Linda Weiss vom Lehrstuhl Evolutionsökologie und Biodiversität der Tiere der RUB. Diese werden umgeben von einer schützenden Hülle ins Sediment abgelegt. Die Embryos schlüpfen erst, wenn sich die Bedingungen gebessert haben. Und das kann dauern.
„Im längsten bekannten Fall sind die Embryos nach 700 Jahren aus ihrer schützenden Hülle geschlüpft, allerdings im Labor“, so die Biologin. „In der Natur nutzen sie den Mechanismus regelmäßig, um den Winter zu überdauern.“
Energie sparen im Dornröschenschlaf
Solch ein Dornröschenschlaf kann nur gelingen, wenn die Daphnien mit ihren Ressourcen gut haushalten. Wie ihnen das gelingt, haben Linda Weiss und Luxi Chen gemeinsam mit Kollegen untersucht. Sie fanden heraus, dass die Zellen der Daphnien-Embryos einige Umbaumaßnahmen vornehmen, um Energie zu sparen. Gleichzeitig erhalten sie die innere Struktur so weit aufrecht, dass sie bei günstigen Umweltbedingungen schnell wieder den Stoffwechsel ankurbeln und schlüpfen können.
Im Labor kultivierten die Forscherinnen und Forscher Daphnien sowohl unter günstigen als auch unter ungünstigen Umweltbedingungen. Dann verglichen sie die Embryonen, wobei sie sich speziell für das Zytoskelett interessierten. Dieses Gerüst aus Proteinen durchzieht das Innere der Zellen. Es garantiert zum Beispiel, dass sich die Zellen teilen können, sorgt für Stabilität und ist an Transportprozessen in der Zelle beteiligt. Zwei wesentliche Bestandteile des Zytoskeletts sind die Proteine Alpha-Tubulin und Aktin.
Umbau in den Zellen
Embryos, die unter ungünstigen Umweltbedingungen in der schützenden Hülle abgelegt wurden, reduzierten ihr Zytoskelett auf das absolute Minimum. Die Alpha-Tubuline verschwanden fast vollständig, die Aktin-Bestandteile waren nur noch im Umfeld des Zellkerns vorhanden, wo sie eine gewisse Form und Stabilität der Zelle gewährleisten. „Mit dem Erwachen aus dem Dornröschenschlaf werden alle Zytoskelett-Bestandteile wiederaufgebaut, sodass sie ihre Funktionen in der Zelle wieder übernehmen können“, sagt Linda Weiss.
Die Ergebnisse beschreibt das RUB-Team gemeinsam mit Kollegen aus Birmingham und Madrid in der Zeitschrift BMC Cell Biology, online veröffentlicht am 29. Dezember 2018.
