Wissenschaft im Trend: Wissenschaftler entdecken zufällig den ältesten und kleinsten Augapfel der Welt
Als Forscher eine bestimmte Art von Cyanobakterien beobachteten – Synechocystis, die im Wasser lebt und auf Teichen einen grünen Schleim bilden kann – stellten sie fest, dass einfallende Lichtstrahlen durch die sphärische Oberfläche der Organismen gebeugt wurden und auf einen Punkt an der anderen Seite der Zelle fokussiert wurden. Indem er dann in die Richtung weiterzog, die dem hellen Punkt entgegengesetzt war, bewegte sich der Organismus dann auf die Lichtquelle zu. Die Bakterien, deren Durchmesser nur 0,003 mm beträgt, sind hierzu im Stande, da der gesamte Zellkörper als Linse dient und so zu einem Effekt führt, der dem eines winzigen Auges oder Fotoapparats entspricht. Innerhalb von Minuten bilden die Bakterien tentakelartige Strukturen aus, sogenannte Pili, mit denen sie sich an der Oberfläche, auf der sie sich befinden, auf das Licht zu ziehen. Cyanobakterien entwickelten sich vor etwa 2,7 Mrd. Jahren und betreiben Photosynthese, weshalb sie von hellem Licht angezogen werden. Eine zufällige Beobachtung Prof. Conrad Mullineaux, einer der Ko-Autoren der in der Fachzeitschrift „eLife“ veröffentlichten Studie, kommentierte: „Sie [die Bakterien] können erkennen, woher das Licht kommt. Das können wir anhand der Richtung feststellen, in die sie sich bewegen. Wir waren jedoch sehr erstaunt darüber, da die Zellen sehr, sehr klein sind.“ Im Folgenden gab er zu, dass das Team rein zufällig bei einer mikroskopischen Untersuchung auf diesen Umstand stieß. „Bei unserer Untersuchung befanden sich Zellen auf einer Oberfläche und Licht schien von der Seite, sodass wir die Bewegung in Richtung des Lichts sehen konnten“, fuhr Prof. Mullineaux fort. „Dann bemerkten wir diese fokussierten hellen Flecken – und plötzlich war uns klar, was vor sich ging.“ Um dieses „Sehvermögen“ von Einzellern zu bestätigen und zu beschreiben, arbeitete er bei einer Reihe von Experimenten mit Kollegen aus Großbritannien, Deutschland und Portugal zusammen. Laserexperiment zur weiteren Untersuchung Mit verschiedenen Arten von Mikroskopen untersuchte das Team die Fähigkeit der Bakterien, Licht zu fokussieren, und erforschte darüber hinaus mithilfe eines Laserstrahls, wie genau konzentriertes Licht das Verhalten der Organismen beeinflusste. Während der Laserstrahl von oben auf die Mitte einer Petrischale gerichtet war, bestrahlten die Forscher die Synechocystis seitlich mit einem weiteren, stärkeren Licht. Dadurch bewegten sich die Bakterien auf die übliche Weise über die Oberfläche, indem sie sich mit ihren Pili zum Licht hin zogen. Doch sobald sich ein Bakterium in den Laserstrahl bewegte, machte es abrupt kehrt. „Wenn sie auf ihn [den Laser] trafen, prallten sie sozusagen ab“, sagte Prof. Mullineaux. „In dem Augenblick, in dem der Laser eine Seite der Zelle traf, kehrte sie um und bewegte sich weg.“ In anderen Worten: Helles, fokussiertes Licht auf einer Seite des Bakteriums bringt dieses tatsächlich dazu, sich in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen – was es unter normalen Umständen zur Lichtquelle führt. Da die Zelle von allen Seiten von Licht getroffen wird, verfügt jede Mikrobe laut den Forschern um ein „360-Grad-Bild“ von seiner Umgebung, das auf der Innenseite der Zellmembran abgebildet ist. Winkelauflösung zur Unterscheidung von Details Eine Synechocystis ist etwa eine halbe Milliarde mal kleiner als das menschliche Auge. Wie auch auf der menschlichen Netzhaut steht das Bild auf der Rückseite der Zelle auf dem Kopf. Darüber hinaus wird die Fähigkeit optischer Objekte, kleine Details voneinander zu unterscheiden, durch die „Winkelauflösung“ beschrieben. Beim menschlichen Auge liegt diese bei beeindruckenden 0,02 Grad, und das Forschungsteam schätzt die der Synechocystis auf etwa 21 Grad, was bedeutet, dass das Bild der Bakterien sehr unscharf ist. Dies ist jedoch mehr als ausreichend für den Fotorezeptor, der in die Zellmembran eingebettet ist, um die Bewegungsrichtung der Zelle vorzugeben.
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Vereinigtes Königreich