Winzige Gefährten. Ed Yong

geborene Amerikaner René Dubos, der sich bereits einen Namen gemacht hatte. In Anlehnung an die ökologischen Lehren der Delfter Schule erforschte er die Mikroorganismen im Boden; aus ihnen hatte er Wirkstoffe isoliert, die dazu beitrugen, das Anti biotikazeitalter einzuläuten. Aber Dubos hielt seine Wirkstoffe nicht für Waffen zum Abtöten von Mikroorganismen, sondern für Hilfsmittel, mit denen man sie »domestizieren« kann. Selbst in seinen späteren Arbeiten über Tuberkulose und Lungenentzündung verzichtete er darauf, Mikroorganismen in die Rolle von Feinden zu drängen, und entsprechend vermied er militaristische Metaphern. Er war im Kern ein überzeugter Naturliebhaber, und Mikroorganismen sind nun mal ein Teil der Natur. »Es war sein lebenslanges Credo, dass man Lebewesen nur in ihrer Beziehung zu allem anderen verstehen kann«, schrieb seine Biografin Susan Moberg.²⁸

      Dubos erkannte den Wert unserer symbiontischen Mikroorganismen und war betrübt darüber, dass man ihren Nutzen bislang übersehen hatte. »Das Wissen, dass Mikroorganismen für den Menschen hilfreich sein können, ist für die Allgemeinheit nie besonders reizvoll gewesen, denn Menschen sind in der Regel von den Gefahren, die ihr Leben bedrohen, stärker gefesselt als von den biologischen Kräften, auf die sie angewiesen sind«, schrieb er. »Die Geschichte der Kriegsführung ist stets glanzvoller als Berichte über Kooperation. Pest, Cholera und Gelbfieber haben den Weg in Romane, auf die Bühne und auf die Kinoleinwand gefunden, aber niemand hat jemals eine Erfolgsgeschichte über die nützlichen Funktionen der Mikroorganismen in Darm oder Magen geschrieben.«²⁹ Zusammen mit seinen Kollegen Dwayne Savage und Russell Schaedler trug er dazu bei, diese Funktionen aufzuklären. Wie die drei zeigen konnten, gewinnen schlechte Siedler unter Umständen die Oberhand, wenn man die angestammten Mikroorganismenarten mit Antibiotika vernichtet. Sie untersuchten keimfreie Mäuse, die man in sterilen Brutkästen aufgezogen hatte, und konnten nachweisen, dass diese Nagetiere kürzer lebten, langsamer heranwuchsen, ein anormales Verdauungs- und Immunsystem besaßen und anfälliger für Stress und Infektionen waren. »Für die Entwicklung und die physiologische Tätigkeit normaler Tiere und Menschen spielen mehrere Mikroorganismenarten eine unverzichtbare Rolle«, schrieb er.³⁰

      Aber Dubos wusste auch, dass er nur an der Oberfläche kratzte. »Mit Sicherheit stellen sie [die bisher identifizierten Bakterien] nur einen sehr kleinen Teil der gesamten einheimischen Mikrobiome dar, und zwar noch nicht einmal den wichtigsten«, schrieb er. Der Rest – vielleicht bis zu 99 Prozent – wollte einfach im Labor nicht wachsen. Diese »nicht kultivierte Mehrheit« war ein beängstigendes Hindernis. Obwohl seit Leeuwenhoeks Zeit so vieles geschehen war, wussten die Mikrobiologen über die meisten Organismen, die sie eigentlich erforschen sollten, immer noch nichts. Leistungsfähige Mikroskope allein konnten das Problem nicht lösen. Auch Methoden zur Aufzucht von Mikroorganismen konnten das Problem nicht lösen. Man brauchte einen anderen Ansatz.

      Ende der 1960er-Jahre machte sich der junge Amerikaner Carl Woese an ein verschrobenes Nischenprojekt: Er sammelte verschiedene Bakterienarten und analysierte die Moleküle ihrer sogenannten 16S-rRNA, die in allen Mikroorganismen vorkommt. Kein anderer Wissenschaftler erkannte den Wert einer solchen Arbeit, und so hatte Woese keine Konkurrenten: »Es war ein Rennen mit nur einem Pferd«, sagte er später.³¹ Außerdem war es ein teures, langsames und gefährliches Rennen, zu dem der Umgang mit beunruhigend großen Mengen an radioaktiven Flüssigkeiten gehörte. Aber es war auch revolutionär.

      Zu jener Zeit konnten Biologen die Verwandtschaften zwischen verschiedenen biologischen Arten ausschließlich aus ihren körperlichen Merkmalen ableiten: Durch Vergleich von Einzelheiten der Größe, Form und Anatomie fanden sie heraus, wer mit wem verwandt war. Woese erkannte, dass er mit den Lebensmolekülen besser vorankam: mit DNA, RNA und Proteinen, die allen Lebewesen gemeinsam sind. In ihren Molekülen sammeln sich Veränderungen im Laufe der Zeit an, das heißt, eng verwandte Arten haben ähnlichere Versionen als solche mit weitläufigen Verwandtschaftsverhältnissen. Wenn er die richtigen Moleküle bei einem ausreichend vielgestaltigen Spektrum verschiedener Arten verglich, mussten sich die Zweige und Äste des Lebensstammbaums zeigen.³²

      Woese konzentrierte sich auf die 16S-rRNA, die von einem Gen gleichen Namens produziert wird. Sie gehört zu dem unentbehrlichen Proteinsyntheseapparat, der in allen Organismen vorhanden ist, und erwies sich damit als die von Woese gewünschte, überall vergleichbare Einheit. Bis 1976 hatte er Profile der 16S-rRNA von ungefähr dreißig verschiedenen Mikroben erstellt. Im Juni desselben Jahres begann er mit der Arbeit an einer Spezies, die sein Leben verändern sollte – und nicht nur sein Leben, sondern auch die Biologie, wie wir sie kennen.

      Sein Untersuchungsobjekt stammte von Ralph Wolfe, der zu einem führenden Experten für eine rätselhafte Gruppe von Mikroben geworden war, die Methanogene. Diese Organismen brauchen zum Leben kaum mehr als Kohlendioxid und Wasserstoff, aus denen sie Methan herstellen. Sie sind in Sümpfen, Ozeanen und dem Darm des Menschen zu Hause; die Spezies, die Wolfe geschickt hatte, hieß Methanobacterium thermoautotrophicum und lebte im warmen Schlamm von Kläranlagen. Woese ging wie alle anderen davon aus, dass es sich einfach um eine weitere Bakterienart handelte, wenn auch um eine mit seltsamen Lebensgewohnheiten. Als er aber ihre 16SrRNA analysierte, wurde ihm klar, dass sie eindeutig nicht bakterientypisch war. In der Frage, wann er die Bedeutung seiner Beobachtung in vollem Umfang begriff, wie überschwänglich oder vorsichtig er war und ob er eine Wiederholung der Experimente forderte, gehen die Berichte auseinander. Eines aber ist klar: Im Dezember hatte seine Arbeitsgruppe mehrere weitere Methanogene sequenziert und bei allen die gleiche Gesetzmäßigkeit gefunden. Wolfe erinnert sich, dass Woese zu ihm sagte: »Diese Dinger sind noch nicht einmal Bakterien.«

      Woese veröffentlichte seine Befunde 1977 in einem Fachartikel und gab den Methanogenen darin den neuen Namen Archaebacteria. Später wurden sie schlicht Archaea genannt.³³ Woese beharrte darauf, sie seien nicht einfach seltsame Bakterien, sondern eine vollkommen andere Lebensform. Es war eine erstaunliche Behauptung. Woese hatte diese rätselhaften Mikroorganismen im Schlamm ausgegraben und stellte sie auf die gleiche Stufe wie die allgegenwärtigen Bakterien oder die mächtigen Eukaryonten. Es war, als hätte man eine Weltkarte vor sich, und Woese würde in aller Stille ein ganzes Drittel entfalten, das bisher verborgen war.

      Wie nicht anders zu erwarten, stießen Woeses Behauptungen selbst bei anderen wissenschaftlichen Bilderstürmern auf lautstarke Kritik. Die Fachzeitschrift Science bezeichnete ihn später als »den seelisch vernarbten Evolutionär der Mikrobiologie«, und tatsächlich trug er die Narben bis zu seinem Tod im Jahr 2012.³⁴ Heute ist sein Vermächtnis nicht mehr zu leugnen. Seine Behauptung, die Archaea seien etwas anderes als Bakterien, erwies sich als richtig. Und was vielleicht noch wichtiger war: Der von ihm vertretene Ansatz, durch den Vergleich von Genen die Verwandtschaftsbeziehungen biologischer Arten aufzuklären, wurde zu einem der wichtigsten in der modernen Biologie.³⁵ Außerdem ebneten seine Methoden anderen Wissenschaftlern wie beispielsweise seinem langjährigen Freund Norman Pace den Weg, nun wirklich die Welt der Mikroorganismen zu erkunden.

      In den 1980er-Jahren analysierte Pace erstmals die rRNA von Archaea, die in extrem heißen Umgebungen leben. Besonders eingenommen war er vom Octopus Spring, einem tiefblauen Kessel im Yellowstone-Nationalpark, dessen Wasser mit einer Temperatur von 91 Grad Celsius beinahe siedete. Die Quelle war voller nicht identifizierter, hitzeliebender Mikroorganismen, die darin in so großen Schwärmen wuchsen, dass sie als rosafarbene Fasern sichtbar wurden. Pace kann sich noch gut daran erinnern, wie er etwas über die Quelle las, sofort in sein Labor lief und rief: »He, Leute, seht euch das mal an! Kilo grammmengen! Schnappen wir uns einen Eimer und fahren hin.« Darauf sagte ein Mitglied seiner Arbeitsgruppe: »Aber wir wissen doch nicht einmal, was für Organismen das sind.« Worauf Pace erwiderte: »Das macht doch nichts. Wir können sie ja sequenzieren.«

      Er hätte ebenso gut »Heureka!« rufen können. Pace war klar geworden, dass er Mikroorganismen mit Woeses Methoden studieren konnte, ohne dass er sie heranzüchten musste. Er brauchte sie nicht einmal zu sehen. Es reichte, wenn er ihre DNA oder RNA unmittelbar aus der Umwelt gewann und sequenzierte. Dann würde sich zeigen, was dort lebte und wie es in den Stammbaum der Mikroorganismen passte – Biogeografie und Evolutionsbiologie in einem. »Wir sind mit unserem Eimer zum Yellowstone-Park gefahren und haben es gemacht«, sagt er. Im Wasser dieses »stillen, schönen und tödlichen Ortes« identifizierte Pace’ Arbeitsgruppe zwei Bakterienarten und ein Archaeon. Keines