Prochlorococcus marinus

Prochlorococcus ist zahlenmäßig nach aktuellem Kenntnisstand der häufigste und am weitesten verbreitete Organismus der Erde.

Milieu

Er kommt hauptsächlich in den Ozeanen zwischen den Breitengraden 40° N und 40° S in den oberen 100 bis 150 m vor.

Er lebt vor allem in nährstoffarmen (oligotrophen) Bereichen mit einer Wassertemperatur von mindestens 10 °C. Dabei erreicht er Konzentrationen von 1·10⁵ bis 3·10⁵ je Milliliter und 10¹¹ bis 10¹⁴ je Quadratmeter und stellt einen beträchtlichen Anteil des Bakterioplanktons aller Ozeane dar.

Struktur

Die Zellen sind mit 0,5 bis 0,8 µm Durchmesser – verglichen mit anderen Cyanobakterien – klein. Sie gehören damit zu den kleinsten bekannten Photosynthese betreibenden Organismen und werden dem Picoplankton zugeordnet.

Energiegewinnung

Die Licht absorbierenden Pigmente (Photosynthesepigmente) von Prochlorococcus bestehen hauptsächlich aus Chlorophyll a2 (Chl a2) und b2 (Chl b2), dies sind Divinyl–Derivate der in Pflanzen vorkommenden Chlorophylle a und b. Mono-Vinyl-Chlorophylle kommen jedoch nicht vor.

Unter Ausnutzung der Energie des Sonnenlichtes tragen sie bis zu zwei Drittel zur biologischen CO2-Fixierung und Bildung von Sauerstoff in den Weltmeeren bei. Das Wissen über die Gesamtheit ihrer Gene (das „Genom“) hilft folglich, die biologische Seite des globalen Kohlenstoffhaushaltes und der Wege des Treibhausgases Kohlendioxid (CO2) besser zu verstehen.

Stoffwechsel

Das einzellige Meeresalge Prochlorococcus marinus (auch als „Cyanobakterium“ bezeichnet) hat zwei physiologisch unterschiedliche Formen hervorgebracht, die optimal entweder an das Leben in den sonnendurchfluteten, aber extrem nährstoffarmen Wasserschichten nahe der Wasseroberfläche angepasst sind oder an die Bedingungen in größeren Wassertiefen mit einem Mangel an Licht, aber mehr zur Verfügung stehenden Nährstoffen.

Die LL- und HL-Gruppen unterscheiden sich außerdem in ihren Stickstoff- und Phosphatanforderungen sowie in ihrer Sensibilität gegenüber Kupferverbindungen und Viren.

Genom

Das Genom von Prochlorococcus marinus wurde vollständig sequenziert. Die Analyse der Genomsequenzen von 12 Prochlorococcus–Stämmen zeigt, dass 1.100 Gene allen Stämmen gemeinsam sind und die durchschnittliche Genomgröße bei etwa 2.000 Genen liegt. Im Gegensatz dazu haben eukaryotische Algen über 10.000 Gene.

Ökologie

 Rund 80% des Luftsauerstoffs liefert eine der kleinsten Meeresalgen namens „Prochlorococcus marinus“.

Als photoautotropher Organismus steht Prochlorococcus am Beginn der Nahrungskette und ist für einen wesentlichen Teil der marinen Primärproduktion verantwortlich. Die Zellen teilen sich unter natürlichen Bedingungen im Mittel einmal täglich. Das bedeutet, dass jeden Tag 50 Prozent der gesamten Prochlorococcus-Biomasse in die marinen Nahrungsnetze eintreten.

Prochlorococcus besiedelt hauptsächlich zwei ökologische Nischen: Neben oberflächennah lebenden Populationen findet man Photosynthese betreibende Zellen auch bis in Tiefen von über 150 Meter. Hier stehen weniger als 1 Prozent der oberflächennahen Lichtintensität zur Verfügung und das Elektromagnetische Spektrum des Lichtes enthält nur noch den Blauanteil. Diese an Schwachlicht adaptierten Zellen verfügen über Antennenpigmente, die auch blaues Licht geringer Intensität absorbieren können und ein Überleben ermöglichen.

Hochlichtadaptierte Stämme bewohnen Tiefen zwischen 25 und 100 m, während niedriglichtadaptierte Stämme Gewässer zwischen 80 und 200 m bewohnen. Diese Ökotypen können anhand der Sequenz ihres ribosomalen RNA-Gens unterschieden werden.

Das Cyanobakterium bevölkert die tropischen und subtropischen Teile der Weltmeere in unvorstellbaren Mengen. Schätzungen von Meeresforschern ergaben eine Populationsgröße von wenigstens 10^27 Zellen, eine 1 mit 27 Nullen. Diese Zahl bleibt etwa konstant, obwohl sich die einzelnen Zellen in dieser Population weltweit im Durchschnitt einmal pro Tag teilen. Damit leistet Prochlorococcus einen grundlegenden Beitrag am Anfang der Nahrungsketten im Ozean und zur biologischen Sauerstoffbildung

Taxonomie

Entsprechend werden die Bakterien in zwei Gruppen eingeteilt: Mitglieder der low light (LL)-Gruppe besitzen ein höheres Verhältnis von Chlorophyll b2 : a2 als Mitglieder der high light (HL)-Gruppe.