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In der Fiktion ist ein Zombie ein totes Wesen, das im eigentlichen Sinne nicht tot ist. Das widerspricht der Wissenschaft, da es unmöglich ist, gleichzeitig tot zu sein und zu gehen. Daher müssen wir unsere Skepsis überwinden und die Vorstellung akzeptieren, dass etwas den Leichnam auf irgendeine Weise wiederbelebt und ihm ermöglicht hat, zu funktionieren.
Im wirklichen Leben verschwimmen die Grenzen zwischen Leben und Tod. Wir alle kennen Zombie-Ameisen und andere Insekten, die von einem Pilz befallen sind, der sie zwar tötet, ihnen aber die Fortbewegung ermöglicht. Doch das ist nicht alles, was zu beachten ist. Kryptobiose bewegt sich an der Grenze zwischen Leben und Tod und kann sehr verwirrend sein, wenn man zu viele vorgefasste Meinungen über die Bedeutung von Leben und Tod hat.
Ein Wissenschaftlerteam entdeckte bei Bohrungen nahe der Antarktis uraltes Moos in den Eisproben, das 1500 Jahre alt ist. Alles, was 1500 Jahre im Eis liegt, ist doch tot, oder? Nicht alles.
In Eisablagerungen, die zwischen 100.000 und 8 Millionen Jahre alt sind, wurden einzellige Organismen wie Bakterien entdeckt. Diese Bakterien haben sich erholt und weiter vermehrt, wenn auch möglicherweise nicht mehr so stark wie jüngere Arten.
Doch das gefundene Moos erwies sich als weitaus komplexer als Bakterien. Es handelte sich um einen vielzelligen Organismus. Dennoch gelang es dem Team, es wiederzubeleben. Es begann erneut zu wachsen, was die Hoffnung nährt, dass sich auch noch ältere Moose, manche bis zu 6.000 Jahre alt, wiederbeleben lassen.
Dies ist ein Beispiel für Kryptobiose. Ein Zustand extremer Inaktivität oder Scheintod, in dem nahezu alle Stoffwechselfunktionen zum Erliegen kommen. Dies tritt typischerweise unter extremen Bedingungen auf, wie beispielsweise im eisigen Wasser der Antarktis, und ist ein letzter verzweifelter Versuch, das Leben zu erhalten. In manchen Fällen kann dieser Zustand selbst unter extremsten Bedingungen über sehr lange Zeiträume anhalten.
Wie funktioniert das?
Wie bereits erwähnt, kann Einfrieren unter Umständen zu Kryptobiose führen, aber es ist längst nicht die einzige Ursache. Kennen Sie zum Beispiel Salinenkrebse? Salinenkrebse sind die Eier von Artemia salina, und das kleine Pulverpäckchen, das man in Wasser auflöst und umrührt, um sie zu Salinenkrebsen zu machen, besteht tatsächlich aus getrockneten Salinenkrebseiern.
Artemia-Eier sind extrem widerstandsfähig und können Kryptobiose überleben, wenn sie ausgetrocknet sind, in extrem salzigen Umgebungen oder in Umgebungen, die völlig sauerstofffrei sind.
Organismen wie Rädertierchen, Bärtierchen, Samen, einige Fischeier und Hefen können in irgendeiner Form von Kryptobiose betroffen sein. Sogar manche Insekten können sie überleben.
Normalerweise besitzt jeder lebende Organismus einen Stoffwechsel, der für sein Überleben notwendig ist. Er muss Energie chemisch erzeugen: durch Photosynthese, Verdauung oder ähnliche Prozesse. Bei der Kryptobiose kommt der Stoffwechsel jedoch praktisch zum Erliegen, sodass der Organismus diese Energie nicht mehr zum Überleben benötigt, bis die Bedingungen wieder lebensfreundlicher werden und er neu geboren werden kann.
Damit sich ein Organismus erholen kann, müssen ideale Bedingungen erfüllt sein, wie beispielsweise beim Ausbrüten von Salinenkrebs-Eiern in Wasser. Verbessern sich die Bedingungen nicht, kann der Organismus absterben. Nicht alle Organismen können so lange leben wie das Moos im Eis. Manche überleben Monate, manche sogar mehrere Jahre, aber nur selten überleben komplexe Organismen länger. Greyhound-Garnelen beispielsweise können 25 Jahre in Kryptobiose leben. Und Bärtierchen? Sie sind noch erstaunlicher.
Überleben der Bärtierchen
Bärtierchen gehören zu den erstaunlichsten Lebewesen der Erde. Sie sind in der Lage, unter extremsten Bedingungen zu überleben, und die Crobiose ist Teil des Geheimnisses ihres Überlebens.
Bärtierchen können im Vakuum des Weltraums überleben. 2007 schickte Russland 3.000 von ihnen ins All und ließ sie dort zehn Tage lang im Weltraum. Von diesen überlebte 68% die sauerstofffreie Umgebung und die kosmische Strahlung, und alle brachten gesunde Nachkommen zur Welt.
Andere Bärtierchen wurden Dosen ausgesetzt, die 1000-mal höher waren als die für Menschen tödliche Dosis. Diese winzigen Lebewesen produzierten Pigmente namens Betalaine, welche Strahlenschäden neutralisierten. Wurden diese Betalaine Menschen injiziert, verliehen sie ihnen ebenfalls eine höhere Strahlenresistenz.
Was extreme Temperaturen betrifft, so wurden Bärtierchen Temperaturen von nur 0,05 Kelvin, knapp über dem absoluten Nullpunkt (-272,95 Grad Celsius), und bis zu 150 Grad Celsius ausgesetzt. Sie verbrachten 30 Jahre in einem Gefrierschrank und hielten Drücken von 40.000 Kilopascal stand.
Trotz ihrer scheinbaren Widerstandsfähigkeit benötigen diese winzigen Lebewesen Wasser zum Überleben. Werden sie vom Wasser getrennt, trocknen sie aus und verwandeln sich in einen sogenannten Tun, ihren kryptobiotischen Zustand. Dieser Zustand ermöglicht es ihnen, extreme Kälte, Hitze, Druck, Strahlung und sogar lange Zeit zu überstehen.
Im normalen, gesunden Zustand kann ein Bärtierchen zwischen acht Monaten und mehreren Jahren leben. Bei Kryptobiose kann es jedoch über ein Jahrhundert alt werden.
Bisher gingen Wissenschaftler davon aus, dass Bärtierchen dank des Zuckers Trehalose unter kryptobiotischen Bedingungen überleben. Andere Organismen produzieren Trehalose, um zu überleben, wenn sie austrocknen. Bärtierchen hingegen produzieren nur sehr wenig oder gar keine Trehalose. Stattdessen besitzen sie spezielle Gene und Proteine, die es ihnen ermöglichen, den extremen Bedingungen in kryptobiotischen Umgebungen zu trotzen. Diese Proteine bilden im Inneren der Bärtierchenzellen eine Art glasartige Substanz, die sie im ausgetrockneten Zustand am Leben erhält. Der genaue Mechanismus ist noch nicht vollständig geklärt, aber dies ist nur ein Teil der Erklärung.
Bärtierchen sind insofern einzigartig, als sie unter verschiedenen extremen Bedingungen auf unterschiedliche Weise überleben. Kryptobiose ist ein Oberbegriff dafür. Beispielsweise überleben Bärtierchen bei extremer Kälte durch Kryobiose. Fehlt Wasser? Dann spricht man von Anhydrobiose. Und was passiert, wenn sie einer extrem salzhaltigen Umgebung ausgesetzt sind? Dann praktizieren sie Osmobiose.
Verschiedene Formen der Kryptobiose beeinflussen Bärtierchen unterschiedlich, was bedeutet, dass unterschiedliche Mechanismen unterschiedliche Funktionen erfüllen. Jede Form muss einzeln untersucht werden, um ihre Wirkungsweise zu verstehen. Während Bioglasstrukturen ihr Überleben während der Anhydrobiose sichern können, könnte die Kryobiose die Produktion einer Art biologischen Frostschutzmittels beinhalten. Diese Substanz verhindert das Gefrieren des Zytoplasmas oder verändert möglicherweise sogar die Art der in den Zellen gebildeten Eiskristalle, sodass diese einen Zustand annehmen können, der dem Bärtierchen eine sichere Erholung ermöglicht.
Angesichts dessen, was Bärtierchen überleben können, ist es berechtigt, sich zu fragen, ob irgendetwas ein Lebewesen im Zustand der Kryptobiose töten kann oder ob diese Organismen praktisch unsterblich sind.
Unsterblichkeit
Rädertierchen sind mikroskopisch kleine Organismen, die im Süßwasser leben. Sie sind erstaunlich widerstandsfähig, wenn auch nicht ganz so robust wie Bärtierchen. Ein Rädertierchen, das 24.000 Jahre Kryptobiose überlebt hatte, konnte jedoch wieder zum Leben erweckt werden. Trotz ihrer geringen Größe besitzen sie ein Gehirn, Muskeln und zahlreiche Zellen. Vor der Entdeckung dieses Rädertierchens ging man davon aus, dass sie in Kryptobiose nur etwa zehn Jahre überleben können.
Nematoden sind eine Art von Rundwürmern. Mehr als 30.000 Arten wurden bereits identifiziert, man geht jedoch von Millionen aus. Mindestens eine Nematodenart wurde während des Pleistozäns im arktischen Eis eingefroren und ist 46.000 Jahre später wieder aufgetaucht. Wie hat sie das geschafft? Auf dieselbe Weise, wie wir es einst von Bärtierchen vermuteten.
Der Fadenwurm reguliert die Produktion eines Zuckers namens Trehalose. Dieser schützt die Zellmembranen und ermöglicht dem Organismus, unter extrem kalten Bedingungen praktisch unbegrenzt zu überleben.
Im Wesentlichen ersetzt Zucker das Wasser in jeder Membran, wodurch diese hydratisiert erscheint, da ihre Form erhalten bleibt, obwohl kein Wasser mehr darin enthalten ist.
Bärtierchen können in Kryptobiose etwa ein Jahrhundert lang überleben. Wir haben von Moosen gehört, die 1500 Jahre alt wurden, aber den aktuellen Rekord für Langlebigkeit halten Fadenwürmer.
46.000 Jahre sind zweifellos eine lange Zeit für jedes Lebewesen. Man sollte jedoch bedenken, dass ein Fadenwurm im Vergleich zu einzelligen Bakterien ein recht komplexer Organismus ist. Und wir haben bereits gesehen, dass manche Bakterien potenziell Millionen von Jahren überleben können. Falls Sie sich fragen, welche Bakterien wir als besonders langlebig entdeckt haben, sollten Sie vielleicht die bescheidene Biene in Betracht ziehen.
Wissenschaftler haben eine in Bernstein konservierte Biene entdeckt, ganz im Stil «Jurassic Park» . Die Biene wird auf ein Alter zwischen 25 und 40 Millionen Jahren geschätzt. Nein, die Biene ist nicht wieder zum Leben erwacht, aber ihr Magen enthielt Bakterien, die dank Kryptobiose überlebt hatten. Wissenschaftlern gelang es, sie wiederzubeleben, wodurch sie zum ältesten lebenden Organismus der Erde wurde.
Unter günstigen Bedingungen können diese Organismen extrem lange Zeit in Kryptobiose überleben, sind aber keineswegs unsterblich. Mehr als 301 im Weltraum zurückgelassene Bärtierchen sind gestorben. Bei extremen Temperaturen sterben viele der kryptobiotischen Artemia-Eier ab.
Man sollte bedenken, dass Kryptobiose niemals ein idealer Zustand für einen lebenden Organismus ist. Es ist Überleben in seiner extremsten Form. Es ist der letzte verzweifelte Versuch des Körpers, am Leben festzuhalten und auf die Rückkehr günstiger Bedingungen zu warten. Verschlimmert sich die Situation jedoch, stirbt der Organismus.
Das ist alles sehr interessant, aber hat es irgendeine Relevanz für die Menschheit? Wir haben gesehen, dass die Strahlenresistenz von Bärtierchen potenziell von Nutzen für die Menschheit sein könnte, aber gibt es etwas an der Kryptobiose, das uns helfen könnte? Offensichtlich sind wir zu komplex, um etwas wie Kryptobiose nachzubilden. Wären wir extremen Temperaturen, extremer Strahlung und starker Dehydrierung ausgesetzt, würden wir einfach sterben. Aber gibt es eine Möglichkeit, unser Wissen über diese Organismen so anzupassen, dass es uns hilft?
Auswirkungen auf den Menschen
Forscher der Harvard-Universität untersuchen die Proteine, die Bärtierchen nutzen, um unter extremen Bedingungen zu überleben. Ihr Ziel ist es, dieses Wissen auf den Menschen zu übertragen und herauszufinden, ob wir von einer ähnlichen Widerstandsfähigkeit profitieren können. Könnten wir eine Zelle entwickeln, deren Stoffwechsel sich verlangsamt, ähnlich wie Bärtierchen in die Kryptobiose eintreten, ließen sich Schäden wie Entzündungen oder sogar Zelltod verhindern.
Wenn die von Bärtierchen verwendeten Proteine für den Menschen angepasst werden können, dann könnten Krankheiten wie Schlaganfall, Herzinfarkt, Sepsis und andere in einem frühen Stadium verhindert werden.
Andere Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf die Strahlungsresistenz und deren Einsatzmöglichkeiten zur Unterstützung von Astronauten auf Langzeitmissionen im Weltraum. Angesichts der potenziellen Entwicklung neuer und schnellerer Raumfahrttechnologien werden zudem kryptobiotische Arten als neue Astronautenkandidaten in Betracht gezogen – Organismen, die wir über große Entfernungen und lange Zeiträume ins All schicken und dabei in ihrem ursprünglichen Zustand erhalten könnten, um zu untersuchen, wie sie den extremen Bedingungen der Raumfahrt standhalten. Dieses Wissen könnten wir dann für zukünftige bemannte Missionen nutzen, um das Überleben der Menschheit bei der weiteren Erforschung des Weltraums und der Bewältigung immer unwirtlicherer Umgebungen zu verbessern.
Anhydrobiose wird als Mittel zur Verbesserung des Pflanzenanbaus und der Lagerbedingungen für Lebensmittel erforscht. Durch die Anpassung dieser Methoden an unser Lebensmittelversorgungssystem könnten wir Ernteausfälle verhindern und das Wachstum von Nutzpflanzen unter schwierigeren Bedingungen sicherstellen.
Trehalose, ein Zucker, der nicht nur von Bärtierchen, sondern auch von anderen Organismen genutzt wird, findet auch in der Medizin Anwendung. Er dient zur Konservierung von Blutplättchen und Impfstoffen, die in Notfallsituationen weltweit transportiert werden müssen. Obwohl er nicht den gesamten Organismus beeinträchtigt, erfüllt er dieselbe Funktion und erhält dessen Lebensfähigkeit. Dieser Ansatz basiert auf der Erforschung der Kryptobiose.
Trehalose wurde erstmals in den 1980er Jahren zur Konservierung von Medikamenten zur Behandlung von Pilzinfektionen eingesetzt. Die Medikamente wurden mit diesem Zucker konserviert und anschließend durch Zugabe von Wasser aktiviert, wodurch sie verwendbar wurden.
Verschiedene Formen der Kryptobiose könnten ein breites Anwendungsspektrum eröffnen. Dazu gehören Raumfahrt, Fortschritte in der Medizin, mögliche Anpassungen an den Klimawandel und Nahrungsmittelproduktion. Wahrscheinlich gibt es viele weitere Anwendungen, die bisher noch nicht berücksichtigt wurden, aber relevant werden könnten, sobald der Prozess besser verstanden ist. Die gute Nachricht ist: Zeit spielt keine entscheidende Rolle. Was machen schon weitere 46.000 Jahre aus?
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