Stichworte: Basis, Mikroskopie, Prokaryoten aus Bewie's Mikrowelt

Heterocysten bei Nostoc

Nostoc communis ist eine Cyanobakterien-Spezies, die fadenförmige Kolonien bildet, die wiederum in Gallertkugeln eingelagert sind. Man sieht die langen Fäden, die aus kleinen Zellen gebildet werden.

Hier die stärker vergrößerten Fäden; wir sehen neben den kleinen auch zwei große Zellen. Bei diesen handelt es sich um Heterocysten, die im Gegensatz zu den vielen kleinen Zellen kein Photosystem II besitzen. Sie sind vielmehr mit einem Nitrogenase-System ausgestattet, das Stickstoff (N2) aus der Luft in Ammoniak umwandelt und damit die Kolonie mit Düngemittel versorgt. Das folgende Bild zeigt die Überlagerung mit einer Aufnahme der Chlorophyll-Eigenfluoreszenz. Man sieht, dass die kleinen Zellen fluoreszieren, die Heterocysten sind dagegen fluoreszenzfrei. Dies liegt daran, dass die typische Chlorophyllfluoreszenz bei Raumtemperatur nur im Photosystem II auftritt und nicht im Photosystem I.

Die Utilisierung des Luftstickstoffs verbraucht Energie, die von den chlorophyllhaltigen Zellen in Form von Zuckermolekülen und auch vom Photosystem I der Heterocysten geliefert wird. Damit binden die Heterocysten den molekularen Luftstickstoff, wandeln ihn erst in Ammonium und dieses dann mit den Resten der verbrauchten Zuckermoleküle in Glutamin um. Das Glutamin wiederum wandert innerhalb der Gallertkugel zu den chlorophyllhaltigen Zellen, versorgt diese mit organisch gebundenem Stickstoff. Sie können damit nicht nur mit Hilfe des Sonnenlichts CO2 assimilieren, sondern auch komplexere organische Funktions- und Strukturmoleküle aufbauen.

Damit etablieren die Nostoc-Kolonien eine komplette organische Primärproduktion. Aus den überall vorhandenen Stoffen H2O, CO2 und N2 und der Energie des Sonnenlichts bauen sie Biomasse auf und liefern nebenbei Sauerstoff. Auf diese Weise haben Cyanobakterien wahrscheinlich vor rund 2 Milliarden Jahren maßgeblich dazu beigetragen, dass die Erde eine sauerstoffhaltige Atmosphäre bekam und damit die Voraussetzungen dafür geschaffen, dass sich sauerstoffabhängige Lebensformen entwickeln konnten.


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