Viele Mikroben können ihre Temperatur-Komfortzone ausdehnen und auch in unangenehm kalten Bedingungen gedeihen, wenn sie in ihrer Umwelt ausreichend viele "chaotrope" Moleküle finden: chemische Bausteine, die Frostzerstörungen begrenzen sowie das Einfrieren lebenswichtiger chemischer Reaktionen verhindern. Einige der kältetolerantesten Pilze auf der Erde bevorzugen bei niedrigen Temperaturen sogar Moleküle, die im Warmen minderwertig oder schädlich für die Zelle sind, berichten John Hallsworth von der Queens University in Befast und Kollegen.

Die Forscher hatten untersucht, unter welchen Umständen Organismen auch bei niedrigen Temperaturen gedeihen. Dazu untersuchte das Team bekannte kältetolerante Mikroorganismen, aber auch eine Reihe von "xerophilen" Pilzen, die sich in einem Lebensraum mit niedrigen AW-Werten, also großer Trockenheit, ebenfalls noch wohl fühlen. Auch solche Organismen sind häufig extrem kältetolerant, weil sie ein Einfrieren mit größeren Mengen von in die Zellen aufgenommenen Soluten – besonders gut löslichen Molekülen – verhindern. Die Forscher fanden nun heraus, dass die untersuchten Extremisten schon bei Werten unter rund zehn Grad plus damit beginnen, chaotrope Moleküle (wie beispielsweise Fruktose) vermehrt aufzunehmen – falls diese sich im Kulturmedium finden. Je mehr Chaotrope sie aufnehmen konnten, desto besser wuchsen die Mikroben dann auch bei niedrigen Temperaturen.

Fruktose, Glyzerin, Methanol und andere Chaotrope sind Solute unterschiedlichster chemischer Struktur, die über mehrere, noch nicht in allen Details verstandenen physiochemische Mechanismen bewirken, dass lebenswichtige biochemische Reaktionen nicht durch Kälte verhindert werden. Generell arbeiten die Stoffe wohl gegen die zunehmende Ordnung, die makromolekulare Strukturen bei sinkenden Temperaturen auch schon oberhalb des Gefrierpunkts zunehmend einzunehmen pflegen. Die Substanzen mischen sich zu diesem Zweck zwischen die verstärkt geordnet erstarrenden Strukturen, stören die regelmäßige Struktur des Wassers und erhalten so auch den wohl ständig notwendigen chemischen Austausch im Reaktionsraum der Zelle aufrecht. Mit zunehmender Wärme wirken Chaotrope dagegen bekanntermaßen eher als Stressfaktoren; größere Mengen solcher Substanzen verhindern sogar jedes Leben.

Insgesamt könnte mit ihren Erkenntnissen nun besser eingegrenzt werden, wo und unter welchen Bedingungen Leben noch möglich ist, fassen Hallsworth und Kollegen zusammen. So könnten, wie ihre Daten zeigen, Substanzen, die in größeren Mengen im Warmen lebensfeindlich sind, bei zunehmender Kälte zum Standortvorteil für angepasste Extremophile werden. (jo)