Cyanobakterien gehören historisch zu den bedeutendsten Lebensformen unseres Planeten. Als einer der ersten Organismen, die durch Photosynthese Sauerstoff produzierten, prägten sie die frühe Erde und schufen die Atmosphäre, in der sich komplexes Leben entwickeln konnte. Eine neue Studie zeigt, dass fadenförmige Cyanobakterien auch einen Navigationsmechanismus entwickelt haben, um ihre Bewegung beim Gleiten über Oberflächen zu steuern.
Die bakteriellen Filamente drehen sich typischerweise im Uhrzeigersinn um ihre Längsachse und erzeugen so eine Vorwärtsbewegung. Wenn sie sich dabei durch eine homogene Umgebung – wie eine Flüssigkeit – bewegen, hat diese Drehung keinen Einfluss auf ihre Richtung. Erreicht das Filament jedoch eine andere Umgebung, wie beispielsweise die Grenzfläche zwischen einer nassen und einer trockenen Oberfläche, wirkt auf das hintere Ende eine andere Reibungskraft als auf das vordere. Infolgedessen bewirkt die Drehung, dass sich das Filament verbiegt und die Richtung ändert. Gleichzeitig kann das Bakterium die entstandene Krümmung nutzen, um zu seinem ursprünglichen Medium zurückzukehren.
„Wir haben entdeckt, dass Cyanobakterien, die sich im Uhrzeigersinn drehen, sich beim Übergang in eine andere physikalische Umgebung nach rechts biegen und sich dorthin bewegen“, erklärt Vahid Nasirimarekani, Gruppenleiter am MPI-DS und Letztautor der Studie. „Das Bakterium nutzt seine eigenen physikalischen Eigenschaften, um sich in einem sich selbst verstärkenden Prozess zu steuern: Der Weg folgt der Kurve und die Kurve folgt dem Weg. Auf diese Weise kann sich ein Filament, das eine trockene Oberfläche erreicht hat, auch wieder zurück in das feuchte Medium biegen“, erklärt er.
Die Studie beschreibt somit ein Modell der chiralen Motilität. Dieses erklärt, wie Asymmetrien auf mikroskopischer Ebene – wie beispielsweise eine Drehung im Uhrzeigersinn – in makroskopische Bewegungen des gesamten Organismus umgesetzt werden. Auf diese Weise können selbst kleinste Maßstäbe die großräumige Dynamik eines Organismus bestimmen – ein Konzept, das für das Verständnis der Musterbildung in der gesamten biologischen Welt von Bedeutung ist.
Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation
Originalpublikation:
A. Vilfan, L. Abbaspour, S. Villa & V. Nasirimarekani: Chiral gliding: Right-handed navigation of filamentous cyanobacteria, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (9) e2534547123, https://doi.org/10.1073/pnas.2534547123 (2026).
