Eiswürmer leben auf Gletschern in Alaska und im pazifischen Nordwesten Nordamerikas, wo die Temperaturen während des grössten Teils des Jahres nahe am Gefrierpunkt bleiben. Zwischen dem späten Frühling und dem frühen Herbst folgen sie einem täglichen Rhythmus. Tagsüber verstecken sie sich in winzigen Spalten im Eis. Am Nachmittag, wenn Sonnenlicht etwas Oberflächenwasser schmelzen lässt, kommen sie hervor, um Schneealgen und Bakterien zu fressen, die über den Gletscher verteilt sind, bevor sie sich bei sinkenden Temperaturen wieder ins Eis zurückziehen. Ausserdem sind sie erstaunlich widerstandsfähig gegenüber der intensiven ultravioletten Strahlung auf Gletscheroberflächen. Sie gehören zu den grössten Organismen der Welt, die ihren gesamten Lebenszyklus auf Eis verbringen. Steigen die Temperaturen deutlich über den Gefrierpunkt, beginnen die Würmer zu sterben. Trotz ihrer geringen Grösse spielen sie auch eine wichtige Rolle im Ökosystem der Gletscher als Nahrung für Vögel und andere Tiere.
Eiswürmer werfen eine spannende biologische Frage auf: Wie können sie unter solch extremen Bedingungen überleben und aktiv bleiben? Niedrige Temperaturen verlangsamen die chemischen Reaktionen, von denen Zellen abhängig sind. Moleküle bewegen sich langsamer, wodurch sie seltener mit den richtigen Reaktionspartnern zusammenstossen. Da Leben auf unzähligen molekularen Zusammenstössen beruht, die ständig innerhalb von Zellen stattfinden, wird die Energieproduktion in der Kälte zunehmend schwieriger. Die meisten Organismen reagieren darauf, indem sie ihren Stoffwechsel verlangsamen. Eiswürmer scheinen eine andere Lösung entwickelt zu haben.
Forschende haben herausgefunden, dass Eiswürmer ungewöhnlich hohe Mengen an ATP enthalten, einem Molekül, das oft als Energiewährung der Zelle bezeichnet wird. ATP treibt nahezu alles an, was Zellen tun, von Muskelbewegungen über den Transport von Molekülen bis hin zur Reparatur von Schäden. Bei den meisten Organismen nimmt die ATP-Produktion in der Kälte ab. Eiswürmer zeigen das gegenteilige Muster. Ihre ATP-Werte steigen sogar, wenn die Temperaturen sinken. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vermuten, dass diese ungewöhnlich hohen ATP-Konzentrationen dazu beitragen könnten, die verringerte molekulare Bewegung in der Kälte auszugleichen, indem sie die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass wichtige Zellreaktionen weiterhin stattfinden können.
Diese Anpassung könnte mit den Mitochondrien zusammenhängen, den Bestandteilen der Zelle, die für die Produktion von ATP verantwortlich sind. In den Mitochondrien befindet sich ein Proteinkomplex namens ATP-Synthase. Er funktioniert ähnlich wie eine mikroskopisch kleine Turbine. Ein Strom aus Protonen, winzigen geladenen Teilchen, fliesst durch die Struktur und versetzt einen Teil davon in Rotation. Die dabei entstehende Energie wird genutzt, um ATP herzustellen.
Forschende entdeckten ungewöhnliche Veränderungen in der ATP-Synthase der Eiswürmer. Ein Bereich enthält eine zusätzliche molekulare Erweiterung, die bei nah verwandten Würmern nicht vorkommt. Die Forschenden vermuten, dass dieser zusätzliche Abschnitt dabei helfen könnte, Protonen unter eisigen Bedingungen effizienter durch die ATP-produzierende Maschinerie zu transportieren, wodurch Eiswürmer auch in der Kälte weiterhin Energie erzeugen können.
Es gibt sogar Hinweise darauf, dass ein Teil dieser Anpassung ursprünglich von Mikroorganismen stammen könnte, die in eisigen Lebensräumen leben. Möglich wäre dies durch sogenannten horizontalen Gentransfer, bei dem Gene zwischen nicht verwandten Organismen übertragen werden. Sollte diese Interpretation zutreffen, könnten Eiswürmer einen Teil ihrer Kälteanpassung von Mikroorganismen übernommen haben, die bereits an das Leben im Eis angepasst waren.
Viele Details sind noch unklar, doch Eiswürmer liefern ein eindrucksvolles Beispiel dafür, wie Evolution Lösungen für die Herausforderungen extremer Lebensräume finden kann. Forschende konnten sogar zeigen, dass einige der Mechanismen, die mit der Kältetoleranz von Eiswürmern zusammenhängen, unter Laborbedingungen auch die Kälteresistenz anderer Organismen erhöhen können. Anstatt die Kälte lediglich zu tolerieren, haben Eiswürmer Wege entwickelt, auch unter Bedingungen Energie zu produzieren, die die meisten Lebensformen verlangsamen. Während Gletscher durch steigende globale Temperaturen weiter schrumpfen, drohen diese hoch spezialisierten Würmer ihren Lebensraum zu verlieren, ebenso wie die ökologischen Beziehungen, die sich um sie herum entwickelt haben. Selbst diese winzigen Tiere zeigen, wie bemerkenswert anpassungsfähig Leben sein kann.
Léa Zinsli, PolarJournal