Moderate Temperaturverschiebungen führen bei der Mikroalge Chlamydomonas reinhardtii zu tiefgreifenden Veränderungen in der Aktivität von etwa einem Drittel aller proteinkodierenden Gene. Das hat ein Forschungsteam des Exzellenzclusters „Balance of the Microverse“ der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Leibniz-Instituts für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie (Leibniz-HKI) erstmals nachgewiesen. Die Ergebnisse wurden im Fachmagazin The Plant Cell veröffentlicht.
Die Untersuchung zeigt, dass bereits Temperaturveränderungen im Bereich zwischen 18 und 33 Grad Celsius nahezu alle zellulären Funktionen der Alge betreffen – von der Fotosynthese und dem Stoffwechsel über die Fortbewegung bis hin zur Interaktion mit Bakterien. Die Alge reagiert damit deutlich empfindlicher auf graduelle Temperaturverschiebungen, als bislang angenommen.
Im Experiment führte eine Temperaturerhöhung von 23 auf 28 Grad Celsius zu einer um 20 Prozent höheren Zelldichte der Algenpopulation. Gleichzeitig verkürzten sich die Cilien, die fadenförmigen Fortbewegungsorgane der Mikroalge. Bereits 15 Minuten nach der Temperaturänderung passte die Alge ihr Schwimmverhalten an: Sie verringerte ihre Geschwindigkeit und wechselte häufiger die Richtung.
Zudem verändert sich der Stoffwechsel der Alge: Bei steigenden Temperaturen greift sie zunächst auf organische Kohlenstoffquellen zurück und verzögert den Beginn der Fotosynthese um mehrere Tage. Auch Fortpflanzung und die Interaktion mit anderen Mikroorganismen werden beeinflusst.
Die Studie wurde interdisziplinär von vier Forschungsgruppen des Exzellenzclusters unter Koordination von Prof. Dr. Maria Mittag durchgeführt. Durch die Kombination verschiedener methodischer Ansätze konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ein umfassendes Bild der Reaktionen auf Ebene der Genaktivität, der Proteinzusammensetzung, des Bewegungsverhaltens und der Fotosyntheseleistung erstellen.
Chlamydomonas reinhardtii gilt als wichtiger Modellorganismus für Mikroalgen. Diese bilden die Basis vieler aquatischer Nahrungsketten und tragen erheblich zur Bindung von Kohlendioxid und zur Sauerstoffproduktion bei. Die nachgewiesenen Veränderungen lassen daher weitreichende Folgen für aquatische Ökosysteme und Böden vermuten, insbesondere im Zuge des Klimawandels.
Die Forschenden sehen in ihrem dreidimensionalen Modell zudem ein Werkzeug, das künftig auch zur Untersuchung von Luftverschmutzung oder anderen Partikeln auf der Erde eingesetzt werden könnte.
