Prochlorococcus marinus

Prochlorococcus marinus ist die einzige bekannte und wissenschaftlich beschriebene Art der Gattung Prochlorococcus. Es ist ein vorwiegend marin verbreitetes, Photosynthese betreibendes, einzelliges Cyanobakterium. Prochlorococcus gehört zu den kleinsten bekannten photoautotrophen Organismen. Aufgrund seiner hohen Konzentration in weiten Bereichen der Ozeane ist er nach aktuellem Forschungsstand das Lebewesen mit der höchsten Individuenanzahl und zugleich das am weitesten verbreitete Lebewesen der Erde und spielt bei der Primärproduktion organischer Stoffe eine besonders große Rolle.^[1]

Merkmale

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.^[2] Sie besitzen die Photosynthesepigmente Chlorophyll a2 und Chlorophyll b2, das sind Divinyl-Derivate der in Pflanzen vorkommenden Chlorophylle a und b.^[1]

Das Genom von Prochlorococcus marinus wurde vollständig sequenziert.

Verbreitung

Prochlorococcus ist zahlenmäßig nach aktuellem Kenntnisstand der häufigste und am weitesten verbreitete Organismus der Erde.^[2] Er kommt hauptsächlich in den Ozeanen zwischen den Breitengraden 40° N und 40° S in den oberen 100 bis 150 m vor, und zwar vor allem in nährstoffarmen (oligotrophen) Bereichen mit einer Wassertemperatur von mindestens 10 °C. Dabei erreicht er Konzentrationen von 1·$ 10^{5} $-3·$ 10^{5} $ je Milliliter und $ 10^{11} $ - $ 10^{14} $ je Quadratmeter und stellt einen beträchtlichen Anteil des Bakterioplanktons aller Ozeane dar.^[1]

Lebensweise und Ökologie

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

Systematik

Durchflusszytometrie einer Meerwasserprobe, in der drei Picoplanktongruppen erkennbar sind (Prochlorococcus, Synechococcus und Pico-Eukaryoten

Prochlorococcus wurde erstmals 1988 von Sallie W. Chisholm (Massachusetts Institute of Technology), Robert J. Olson (Woods Hole Oceanographic Institution) und weiteren Mitarbeitern in der Sargassosee mittels Durchflusszytometrie entdeckt, isoliert und beschrieben.^[3]

Ursprünglich hielt man Prochlorococcus für einen Verwandten von Prochloron und anderen Chlorophyll b enthaltenden Bakterien, sodass auch die hier verwendete Systematik nach NCBI die Gattung in die Prochlorophyten (Prochlorales) einreiht. Anhand ihrer rRNA-Sequenzen erkannte man jedoch, dass es sich bei Prochlorococcus um eine eigenständige Gruppe unter den Cyanobakterien handelt. Die Licht absorbierenden Pigmente der Bakterien bestehen hauptsächlich aus Divinyl-Derivaten des Chlorophylls a (Chl a2) und b (Chl b2), sie enthalten jedoch keine Mono-Vinyl-Chlorophylle.

Belege

Weblinks

• Steve Nadis: The Cells That Rule the Seas. Scientific American Magazine, Dezember 2003.
• Algaebase-Eintrag Prochlorococcus S.W. Chisholm et al. 1992.