Schritt eins: Essen Sie Algen. Schritt zwei: Chloroplasten stehlen. Schritt drei: Gewinn.
Meeresschnecken in der Gruppe Sacoglossa zu studieren, kann bedeuten, dass man am Ende einiger sehr einfallsreicher E-Mails steht. Sidney K. Pierce von der University of South Florida ging vor einigen Jahren in den Ruhestand. „Aber bis heute“, sagte er mir, „erhalte ich Fragen von kleinen Kindern im Naturwissenschaftsunterricht“, die über die wunderbaren Weichtiere gestolpert sind – und wissen wollen, ob sie helfen könnten, „den Welthunger zu beenden“.
Die Antwort, versicherte mir Pierce, ist nein. Aber der Vorschlag ist nicht völlig abwegig. Mehrere Sacoglossan-Meeresschnecken können Energie aus den Sonnenstrahlen gewinnen und sie nur mit dem Inhalt ihrer Zellen in chemische Nahrungspakete umwandeln. Mit anderen Worten, sie synthetisieren Photosynthese – wohl das Pflanzenreichste, was irdische Pflanzen und Algen tun.
Außer Meeresschnecken sind das natürlich keine Pflanzen oder Algen. Sie sind Standardtiere, die dank eines spektakulären Diebstahls die Grenzen zwischen den biologischen Reichen verwischt haben: Sie stehlen Photosynthesemaschinerie – zellinterne Strukturen, die Chloroplasten genannt werden – aus den Algen, die sie fressen, und speichern die grünen, lichtumwandelnden Kleckse für längere Zeit in ihrem Körper. Einige Arten können die ernährungsphysiologischen Vorteile dieser sich selbst auffüllenden Snackpackungen monatelang, vielleicht länger als ein Jahr, ernten. Eine Meeresschnecke, die Pierce ausgiebig studiert hat, Elysia chlorotica, kann den Rest seines Lebens ohne Nahrung auskommen – Moseying, Paarung, Vibing – nach nur einem algenreichen Binge in seiner Jugend. „Wir sammeln sie auf dem Feld“, sagte er mir, „und füttern sie nie wieder.“
Menschen tun dies nicht; Soweit wir wissen, sind unsere Körper nicht darauf ausgelegt, diese großen Raubüberfälle durchzuführen. Aber oh, das könnten wir. „Wie wäre es, wenn wir eine Woche lang nur Salat essen und du dir dann keine Gedanken mehr machen musst, woher du deine Nährstoffe nimmst?“ Karen Pelletreau von der University of Maine hat es mir erzählt. Die als Kleptoplastik bekannte kriminelle Leistung der Schnecken ist so bemerkenswert, dass sie von Kreationisten als Beweis für intelligentes Design angesehen wird. (Es ist, um es klar zu sagen, Evolution.) Und die Forscher sind sich immer noch nicht sicher, wie die Pflanzenpantomimen-Tiere das alles schaffen.
Einige der nominellen Details unterscheiden sich zwischen den Arten ein wenig, aber im Allgemeinen klammern sich die Schnecken, die bis zu ein paar Zentimeter lang werden, an einem strohhalmförmigen Algenstreifen fest, durchbohren ihn mit einem Zahn und schlürfen seinen Inhalt wie ein College-Student, der ein Bier schießt. Der resultierende Schlamm flutet dann den überverzweigten Darm der Schnecke, wo er von Zellen eingefangen wird, die die Chloroplasten intakt horten, während alles andere, was Algen ist, abgebaut oder entsorgt wird. Solarbetriebene Meeresschnecken neigen dazu, durchscheinend oder weißlich zu schlüpfen. Aber die Chloroplasten hüllen große Teile ihrer flachen, wogenden Körper in ein verblüffendes Grünspan. In den 1970er Jahren entdeckte ein bahnbrechender Biologe E. chloroticaDie smaragdgrünen Farbtöne von smaragd nannten sie die “Blätter, die kriechen”.
Die meisten Sacoglossan-Schnecken sind nicht von der solarbetriebenen Art; sie verdauen die Chloroplasten zusammen mit allem anderen. Dass bestimmte Arten unter ihnen es schaffen, die kleinen Strukturen über Tage, Wochen oder Monate betriebsbereit zu halten, ist ehrlich gesagt, verrückt—und erscheint zunächst unmöglich, da Chloroplasten von ihren nativen Wirtszellen abhängig sind. Chloroplasten waren vor Millionen von Jahren frei lebende Bakterien, die schließlich von größeren Zellen verschlungen wurden; Im Austausch für Unterkunft und Verpflegung pumpten die Mikroben Energie für ihre Wirte ab und schmiedeten eine dauerhafte Co-Abhängigkeit. Pflanzen- und Algen-Chloroplasten kommen heute nicht mehr ohne Proteinfracht aus, die ausschließlich aus Genen im Zellkern hergestellt wird und die anspruchsvolle Verdauung der Meeresschnecke nicht übersteht. Einen Chloroplasten in eine Meeresschneckenzelle zu stecken und zu erwarten, dass er läuft, ist, als würde man ein Auto bitten, auf unbestimmte Zeit eine Autobahn ohne Tankstellen oder Ölwechselstationen hinunterzuschießen. (Das ist auch der Grund, warum wir Menschen nicht einfach Chloroplasten in Reagenzgläser stecken und davon profitieren können.) Und doch bestehen die Chloroplasten, selbst wenn sie ihrer nuklearen Umgebung beraubt sind, weiter – und Arbeit. „Es scheint ein biotechnologisches Wunder zu sein“, sagte mir Debashish Bhattacharya von der Rutgers University. “Wie zum Teufel halten sie die Chloroplasten am Leben?”
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Im Laufe der Jahre wurden mehrere mögliche Erklärungen vorgebracht. In einem verwenden die Meeresschnecken ihre eigene hausinterne Ausrüstung, um die Chloroplasten mit Jerry zu riggen, was sie haltbarer macht. In einem anderen Fall gelingt es den Tieren, Algenkerne zu plündern, indem sie Chloroplasten-stärkende Gene kooptieren, obwohl die meisten Forscher, mit denen ich gesprochen habe, die Beweise für diese Idee als dürftig oder gemischt bezeichneten. Vor einigen Jahren schlug eine Gruppe von Wissenschaftlern einen anderen Workaround vor: Vielleicht sind die entführten Chloroplasten für die Nacktschnecke weniger als Photosynthesefabriken wichtig, sondern mehr als in sich geschlossene Nahrungsvorräte – kleine, zelleigene Kalorienspeicher, die von verdaut werden könnten das Tier in Zeiten des Nahrungsbedarfs, wie der fettreiche Höcker eines Kamels. In diesem Szenario könnte die Chloroplastenpflege auf der Strecke bleiben.
Pierce sagte mir, dass diese Idee nicht viel Unterstützung findet. (Es schließt auch nicht aus, dass die Meeresschnecken solarbetrieben sind: Einige Arten könnten zum Beispiel diese Reserven anzapfen nach wochenlang die photosynthetischen Koteletts der Chloroplasten melken.) Und viele Experten sind der festen Überzeugung, dass z Elysia chlorotica und einige seiner engsten Verwandten, der größte Vorteil des Beherbergens von Algen-Schmuggelware konzentriert sich vollständig auf die Photosynthese, insbesondere weil „es eine gefährliche Angelegenheit ist, einen Chloroplasten zu stehlen“, sagte mir Paulo Cartaxana, der die Schnecken an der Universität von Aveiro in Portugal studiert. Chloroplasten sind zerbrechlich und wählerisch; sie emittieren giftige Verbindungen, während sie arbeiten. Die Strukturen müssen große Vorteile bieten, sonst wären sie schon vor langer Zeit gebootet worden. Und der Beweis dafür hat sich in der Tat angesammelt.
Mehrere Arten von Meeresschnecken, die Chloroplasten horten, werden länger leben und größer werden, wenn sie Sonnenlicht aufsaugen. Pelletreau von der University of Maine hat an früheren Arbeiten mitgewirkt, die zeigen, dass E. chlorotica insbesondere scheinen von Chloroplasten völlig abhängig zu sein; ohne sie sterben die Möchtegern-Pflanzen in ihrer Jugend einfach ab. Eine kürzlich durchgeführte Studie schlug vor, dass der energetische Schwung der Chloroplasten sogar stark genug sein könnte, um bestimmte Meeresschneckenarten zu ernähren, nachdem sie sich absichtlich enthauptet und die mühsame Arbeit begonnen haben, einen neuen Körper aus ihrem abgetrennten Kopf zu sprießen.
Ein weiterer Beweis dafür, dass die Tiere eine beträchtliche Photosyntheseleistung ausüben, stammen aus Studien, die von Chloroplasten produzierte chemische Nahrungspakete auf atomarer Ebene verfolgt haben, während sie in eine Menagerie von Meeresschneckengeweben wandern, wo sie vermutlich alle Arten von Meeresschnecken fördern können Dinge. Cartaxanas jüngste Arbeit zeigt etwas Neues: In Elysia chloroticaist ein enger Cousin Elysia timida, was aus Darmzell-Chloroplasten kommt, kann im reproduktiven Gewebe landen und die Anzahl der Eier, die neue Meeresschnecken-Eltern legen, erhöhen. (E. timida Nacktschnecken, während gierige Einbrecher am Esstisch sind sehr wechselseitige Liebhaber. Alle von ihnen sind Hermaphroditen, und sie paaren sich, indem sie Kopf an Kopf kollidieren und sich gegenseitig mit Penissen befruchten, die sich unter ihrem rechten Auge abspulen.)
„Laichen ist eine riesige Investition in die Fortpflanzung“, Sónia Cruz, ebenfalls von der Universität Aveiro, und eine weitere Autorin des neuen E. timida studieren, sagte mir. “Es kostet ihnen viel Energie.” Jede Schnecke muss Hunderte von Eiern herstellen, von denen jedes genug Nährstoffe enthält, um ihre Nachkommen während der frühen Entwicklung zu ernähren. Die Chloroplasten scheinen einen energetischen Segen zu bieten, indem sie in einigen Fällen die Leistung der Schnecken verdoppeln.
Anna Karnkowska, eine Evolutionsbiologin an der Universität Warschau in Polen, sagte mir, dass man von den anderen Mitgliedern des Chloroplasten-Stealing-Clubs lernen könnte, von denen die meisten einzellige Kreaturen wie Dinoflagellaten sind (obwohl zumindest ein paar von Meereswürmern scheinen die Strukturen auch kurzzeitig zu überfallen). Es wird angenommen, dass diese einzelligen Piraten eine besonders intensive Beziehung zu ihren Chloroplasten haben; Für sie könnte die Kleptoplastik ein Zwischenschritt sein, um die Strukturen dauerhaft in ihren Zellen zu fixieren und von Generation zu Generation vererbbar zu machen.
Meeresschnecken mit ihrer vielzelligen Anatomie und ihrem komplexen Lebensstil würden es viel schwerer haben, geraubte Chloroplasten weiterzugeben. Soweit die Wissenschaftler sagen, ist das, was die Nacktschnecken leisten, vergleichbar mit einem Organdiebstahl auf dem Schwarzmarkt, nur wenig mehr: Wenn das Tier stirbt, stirbt seine Chloroplastenfracht mit. Aber selbst wenn das Mietverhältnis der Chloroplasten eine Sackgasse ist, ist es ein faszinierender Anstoß, die seltsamen und kategorieverweigernden Arten der Interaktion von Organismen zu überdenken, sagte Karnkowska. Die Nacktschnecken bieten den Chloroplasten ein Zuhause und verkleiden sich zeitweise als Pseudopflanzen; die Chloroplasten wiederum werden die einzigen Überlebenden des Gemetzels und überleben, wo der Rest ihrer Algenkameraden es nicht konnte.