Mikrobenzirkus

Gesund mit Mikroben leben


Ein Kommentar

Wie Bakterien Schnee machen

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An der Schneebildung können auch Mikrorganismen beteiligt sein. (Pixabay)

Draußen wird das Wetter jetzt im Dezember zunehmend frostiger. An Fensterscheiben erscheinen Eisblumen wie hingemalt und weißer Raureif überpudert morgens die Pflanzen im Garten. Der erste Schnee ist nicht mehr weit. Man kann ihn schon riechen.

Schneeflocken sind übrigens keineswegs nur einfach Kristalle aus reinem Wasser – eingefroren in einer wunderschönen geometrischen Grundstruktur. Auch bei ihrer Entstehung können überraschenderweise Mikroorganismen beteiligt sein. Bakterien und andere winzige Organismen tragen viel stärker als vermutet in unserer Atmosphäre zur Bildung von Schnee und Regen bei. Das erkannten Forscher der Louisiana State University in Baton Rouge im Wissenschaftsmagazin „Science“ schon im Jahre 2008, nachdem sie Schneeproben aus 19 unterschiedlichen Regionen der Welt untersucht hatten.

Bakterien für große Schneeflocken

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Eiskristalle (Pixabay)

Damit Eiskristalle wachsen können, braucht es einen kleinen Anstoß. Bei einer Schneeflocke genügen schon in der Luft umherschwirrende Teilchen, die Aerosole oder Eiskeime. Das können anorganische Stoffe, wie Staubkörner, Salze sein oder auch organische Aerosole wie Mikroorganismen, Pollen, Algen, Pilzsporen, Bakterien oder Viren. An diese „Kristallisationskeime“ lagern sich winzige Wassermoleküle an. So entstehen in den Wolken Wassertröpfchen, die später als Niederschlag zur Erde fallen. Bei Temperaturen unter Null bilden sich statt der Wassertropfen winzige Eiskristalle. Die Wassermoleküle lagern sich dann in bestimmten Winkeln aneinander an. Nach und nach entstehen Prismen, Säulen, Plättchen, Nadeln oder Sterne. Schneekristalle sind in der Regel sechseckig. Es gibt unzählige Möglichkeiten, wie sie sich zusammensetzen können. Daher geht man auch davon aus, dass Eiskristalle einzigartig sind. Schnee entsteht, wenn viele der Eiskristalle aneinander klebenbleiben.

Schneeflocken können übrigens sehr groß werden – bis zu 20 Zentimeter. Man spricht dann von „Pfannkuchen-Schnee“. Ins Guinessbuch der Rekorde hat es eine sogar 38 Zentimeter große Schneeflocke geschafft. Normalerweise werden Schneeflocken aber nur wenige Millimeter dick und sind federleicht. Eine fünf Millimeter breite Flocke wiegt nur vier tausendstel Gramm.

Die Schneeflocken mit organischen Eiskeimen sind meist größer als solche mit Staubkörnern. Das hat einen ganz einfachen Grund: Organische Eiskerne, wie beispielsweise Bakterien, haben ein viel größeres Volumen als Staubkörner. Umso mehr Platz haben logischerweise auch die Wassermoleküle, die hier andocken können. Weitere Wassermoleküle werden außerdem noch angezogen, wenn im Kern schon viel Wasser gespeichert ist. So können biologische Eiskeime selbst bei relativ hohen Temperaturen die Bildung von Schneekristallen auslösen.

Schneebakterium Pseudomonas syringae

Schnelle Berühmtheit als ein eisaktives Bakterium hat Pseudomonas syringae erlangt. Es löst schon bei minus zwei Grad Celsius die Eisbildung in Wassertropfen aus. Zum Vergleich: Enthalten Wassertropfen nur Mineralstaub oder Ruß als Kondensationskeime für die Eiskristallbildung, setzt der Gefrierprozess erst ab Temperaturen von etwa minus 15 Grad Celsius ein. Das Schneebakterium sorgt also gefährlich schnell für Schnee. Das ist natürlich einerseits für Betreiber von Schneekanonen für schneearme Skipisten sehr interessant. Andererseits kann der Mikroorganismus an Pflanzen, auf denen er siedelt, unschöne Frostschäden verursachen.

Aber wieso ist das Bakterium eigentlich ein Gefrierbeschleuniger? Das konnte Anfang 2016 ein Wissenschaftlerteam des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung in Mainz aufklären. Sie analysierten die Oberfläche des Bakteriums und fanden als Ursache bestimmte Proteinmoleküle an der Bakterienoberfläche. Dadurch sind die Bakterien in der Lage, den Ordnungszustand und die Dynamik von Wassermolekülen in Wassertröpfchen beeinflussen zu können – durch Wechselwirkung mit bestimmten Aminosäuresequenzen. Zudem nehmen die Proteine Wärmeenergie aus dem Wasser auf und leiten sie weiter in das Bakterium. Dadurch können sich die Wassermoleküle schneller zu einem Eiskristall zusammen lagern.

Schneekanone auf der grünen Wiese

Die eisbildenden Eigenschaften von Pseudomonas syringae kommen bei der Snowmax-Methode, bei der bei Plusgraden Schnee auf den Skipisten erzeugt wird, zum Einsatz. Man nutzt dabei abgetötete Pseudomonas-Bakterien. Ihr Eiweiß lässt Wasser auch bei plus fünf Grad Celsius zu schneeähnlichem Pulver werden. Bei minus drei Grad entsteht ein pulvrig weißer Schnee, den man auch als „Technischen Schnee“ bezeichnet. In USA werden schon ganze Ski- gebiete damit beschneit, in der Schweiz ist dies teilweise auch möglich. In Österreich und Deutschland ist die Snowmax-Methode verboten. Hier darf bisher nur reines Wasser ohne chemische oder bakterielle Zusätze zum Beschneien verwendet werden. Wenn die Wintertemperaturen so hoch bleiben, wird man wohl auch in Deutschland nochmal über das Schneebakterium nachdenken.

Schneemann Challenge 2017

Aber zuerst geben wir dem Winter 2016/2017 eine Chance. Für meine Zwecke zum Rodeln und Schneemannbauen reicht das normale Schneeaufkommen in Niedersachsen meist aus. Und bis zum Welttag des Schneemanns am 18. Januar ist auch noch etwas Zeit. Na hoffentlich hält sich das Wetter dran! Ansonsten wissen wir nun, wie es funktioniert.

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Schneemann (S. Thiele)

 

Mikrobiologische Grüße

Susanne


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Warum duftet Erde eigentlich erdig?

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Gartenboden im November (S. Thiele)

Jetzt im grauen November steigen uns oft modrige-erdige Gerüche in die Nase. Besonders Waldboden hat nach dem Regen einen sehr typischen Duft. Wo kommt der eigentlich her?

Das Phänomen wurde 1964 als „Petrichor“ beschrieben und zunächst auf anorganische Materialien zurückgeführt. Heute weiß man, dass der „erdige“ Geruch durch fleißige Bodenbakterien, Streptomyzeten oder Myxobakterien, verursacht wird. Sie produzieren einen Alkokol, der uns ganz typisch an den Duft von Erde erinnert. Die bizyklische Verbindung heißt Geosmin.

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Dieser Alkohol riecht nach „Walderde“. Wir Menschen können diesen Duftstoff sehr gut wahrnehmen. Unser Geruchssinn reagiert auf Geosmin hochsensibel, die Geruchsschwelle liegt bei 0,1 ppb (parts per billion). Das bedeutet, dass wir ein Geosmin-Molekül sogar unter 10 Milliarden Luftmolekülen „erschnuppern“ können.

Bei Trockenheit riechen wir aber gar nichts, weil dann auch die Bodenbakterien inaktiv sind und ruhen. Regnet es aber, schmeißen die Bakterien ihren Stoffwechsel wieder an und die intensiven Düfte umwehen unsere Nasen.

Die Geosminproduzenten, die Streptomyzeten (Mikrobe des Jahres 2016), sind übrigens ganz eigenartige Bakterien. Sie wachsen mycelartig die Pilze und bilden fädige Pilzfäden, im Fachjargon als Hyphen bezeichnet. Deshalb hat man diese Mikroorganismen auch lange zu den Pilzen gezählt. Heute ist man schlauer und weiß, dass es sich um weitverbreitete Gram-positive Bakterien handelt. Sie leben zwar im Waldboden, brauchen aber trotzdem Luft zum Wachsen und sind damit aerobe Mikroorganismen.

Manchmal bemerken wir die „erdigen“ Düften auch an Lebensmitteln oder anderen Orten. Erdige Gerüche beim Wein deuten zum Beispiel auf einen Weinfehler hin. Hier wird der Duft durch bestimmte Schimmelpilze erzeugt, wenn die Reben von der Grauschimmelfäule (Botrytis cinerea) befallen waren.

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Rote Beete hat durch Geosmin ein erdiges Aroma (Quelle: Public Domain)

Auch Rote Bete (Beta vulgaris) riecht etwas erdig. Das liegt ebenfalls am Geosmin und macht das besondere Aroma der roten Knolle aus. An deren Schale haftet trotz guter Reinigung immer noch viel Erde an. Wenn die Knolle dann geschält wird, gelangt Geosmin in den Knollensaft bzw. ins Knollengewebe.

Da Menschen erfahrungsgemäß auf Geosmin sehr positiv regieren, setzen besonders findige Marketingstrategen den „frischen Duft nach Regen“ auch gern kommerziell ein z.B. als Raumparfüm in Outdoorgeschäften für Naturliebhaber. Das Bakterienparfüm animiert uns dann zum ausgiebigen Shoppen.

Mikrobiologische Grüße

Susanne


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Mikrobenzirkus meets Stadt-Land-Food-Festival 2016 Berlin

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Heute mal ein Veranstaltungstipp in eigener Sache. In der nächsten Woche könnt ihr mich live mit einem Vortrag beim Stadt-Land Food-Festival 2016 in Berlin erleben.

Vom 1. bis zum 3. Oktober 2016 findet im Kreuzberger Kiez rund um die Markthalle Neun dieses besondere Festival statt – als Bühne für bäuerliche Landwirtschaft, handwerkliche Lebensmittelproduktion,  die Plattform für politischen Dialog und innovative Kochkultur – wie die Veranstalter auf der Seite http://stadtlandfood.com/ schreiben.

Auf Einladung von Cathrin Brandes und Olaf Schnelle bin ich Bestandteil eines bunten Programms in der „Werkstatt Gemüse“. Mit dem Vortrag

„Eine Portion Mikroben, bitte! Warum wir freundliche Mikroben brauchen“

werde ich etwas über das angespannte Verhältnis von Menschen und Bakterien erzählen und warum wir ohne unsere Mikroben eigentlich gar nicht existieren könnten.

Hier zur Vortragsankündigung am

Sonntag, den 2.Oktober von 16 – 17 Uhr in der Markthalle Neun, Werktstatt Gemüse, Eisenbahnstraße 42/43 in 10997 Berlin

Mikroben haben ein schlechtes Image – völlig ungerechterweise. Von etwa 10.000 heute bekannten Bakterienarten sind nur etwa 550 gefährliche Krankheitserreger. Die anderen leben friedlich mit und auf uns und in unserer Umwelt. Die meisten der Winzlinge sind harmlos und sogar gesund für uns. Kommen Sie mit auf eine spannende Expedition in den unsichtbaren Dschungel unserer Mikrobenwelt!

Die Werkstatt Gemüse wird sich hauptsächlich dem spannenden Thema Fermentation beschäftigen. Denn diese uralte Methode der Haltbarmachung ist zu sehr in Vergessenheit geraten. Selbst im Land des Sauerkrauts macht kaum einer noch selbst Sauerkraut ein, ganz zu schweigen von Salzgurken oder sauren Bohnen. Die Kuratoren der Werkstatt Gemüse haben sich auf die Fahnen geschrieben, diesen drohenden kulinarischen Kulturverlust abzuwenden und jedermann wieder für die Fermentation zu begeistern. In Tastings, Workshops und Vorträgen wird gezeigt, wie es geht, wie es schmeckt und warum es so gesund ist. Vom Krauthobeln, über das Ansetzen von Kimchi bis hin zu japanischen Fermentationstechniken. Hier wird geblubbert und gegärt!

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Fermentationsworkshops (Stadt Land Food-Festival)

 

Zum Thema Fermentation hatte ich hier im Blog für Interessierte auch schon mal etwas geschrieben.

Vielleicht sehen wir uns nächste Woche in Berlin?

Mikrobiologische Grüße

Susanne

 


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Schimmelpilze als mikrobielle Bioböller

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Pilobus spec. ein Kot-liebender Schimmelpilz, der seine Sporen bis zu 2,5 Meter weit schießt (Bildquelle:  Wikimedia Commons)

 

Meet the Microbe 12/2015 – Ascobolus immersus, Pilobolus kleinii und Gibberella zeae

Der Jahreswechsel wird mit der üblichen Silvesterknallerei begangen. Seit Tagen rüsten sich die Hobbyfeuerwerker in den Verkaufsstellen mit diversen Raketen und anderen Flugkörpern aus. Aber es gibt auch eine biologische Alternative und damit meine ich nicht die Bioböller aus den 90er Jahren, die sich mangels Qualm und Knall nicht zum Verkaufsschlager entwickelt haben.

Nein, es geht um eine echte Alternative für Mikrobiologen. Ein besonderes Feuerwerk – und nur unter dem Mikroskop zu beobachten! Ohne Ohrensausen aber mit Spezialeffekten…

Die Protagonisten sind die Pilze Ascobolus immersus, Pilobolus kleinii und Gibberella zeae. Die ersten beiden sind kleine Jochpilze mit einer Vorliebe für Kuh-Dung. Die Schimmelpilze wachsen auf dem Mist von Kühen und anderen Pflanzenfressern, den sie zersetzen. Und damit haben sie ein großes Problem. Um von ihrem Kuhfladen wieder herunterzukommen, müssen sie ihre Sporen weit weg schleudern. Die Sporen landen optimalerweise auf grünem Gras, welches wiederum von Kühen gefressen wird.

Aber Kühe fressen verständlicherweise ungern neben ihren Exkrementen. Also haben die Pilze für die Verbreitung ihrer Sporen einen besonderen Trick entwickelt, um größere Entfernungen zu überwinden. Sie verschießen ihre Sporen mit Druck, teilweise  mit dem 180.000fachen der Erdbeschleunigung (Ascobolus immersus). Daneben sehen sogar Formel-1-Autos wie Schnecken aus.

Wie mikroskopisch kleine Katapulte oder Wasserpistolen feuert auch Pilobolus seine Sporen in Richtung des Sonnenlichtes durch die Luft. Dazu verfügen die Pilze über ein effektives Photorezeptor-System. Die Sporen können bis zu 25 Meter pro Sekunde (90 Km/h) erreichen. Die Kraft des Pilzes ist beeindruckend. Amerikanische Wissenschaftler haben es mit Ultrahochgeschwindigkeitskameras aufgezeichnet. Diese Pilzsporen gehören wohl zu den schnellsten Flugobjekten der belebten Natur. Treibende Kraft der pilzlichen Kanoniere ist ein enormer osmotischer Druck, der sich  im Fruchtkörper aufbaut.

Die Technik des Pilzes Pilobolus ist hier im Video als mikrobielles Feuerwerk zu bewundern – untermalt vom Amboss-Chor aus der Verdi-Oper Troubadour.

 

Ungeschlagener Rekordhalter ist aber der Maispilz Gibberella zeae. Der Getreideschädling ist wohl der stärkste Bioböller der Erde. Er schießt mit bis zu 870.000facher Erdbeschleunigung seine Sporen aus dem Fruchtkörper. Mit bis zu 130 km/Stunde können die Sporen durch die Luft fliegen. Aber die schnellsten Pilzgeschosse fliegen nicht am weitesten. Sie landen schon nach 5 Millimetern. Da muss keiner um seine Gesundheit fürchten. Aufgrund ihrer geringen Masse werden die Sporen vom Luftwiderstand rasch gestoppt.

 

In diesem Sinne.

Einen guten Rutsch und auf alle guten Dinge, die uns 2016 erwarten!

Ich freue mich über Eure Kommentare!

 

Quellen:

Trail et al. Ejection mechanics and trajectory of the ascospores of Gibberella zeae (anamorph Fuarium graminearum). Fungal Genet Biol. 2005 Jun;42(6):528-33.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15878295

Levi Yafetto et al. The Fastest Flights in Nature: High-Speed Spore Discharge Mechanisms among Fungi, 2008, DOI: 10.1371/journal.pone.0003237

http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0003237

 


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Noch bis zum 30. November läuft der Wettbewerb zur Mikrobe des Jahres 2015 – Wer findet Rhizobium?

Die Mikrobe des Jahres 2015, die ich euch hier im Blog lange schuldig geblieben bin, heißt „Knöllchenbakterium“, mit wissenschaftlichem Namen Rhizobium. Diese Mikrobe erleichtert den Anbau von Bohnen, Erbsen, Linsen und Futtermitteln wie Klee. Die Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM) kürte diesen faszinierenden Mikroorganismus am 9. Februar zur Mikrobe des Jahres 2015. Bis zum 30. November 2015 läuft noch der Wettbewerb „Findet die Mikrobe des Jahres 2015!“ für Schüler/innen und Studierende. Also Interessierte noch schnell die Unterlagen einsenden!

Rhizobium_VAAMBakterien als natürliche Düngehilfe

Rhizobien („in den Wurzeln lebend“) liefern bestimmten Pflanzen das für ihr Wachstum notwendige Ammonium auf natürlichem Weg und ersetzen damit künstlichen Dünger. An den Wurzeln dieser Pflanzen sind, wie auf dem Foto gut erkennbar, die typischen Knöllchen mit den Bakterien sichtbar.

(Bildquelle: VAAM)

Wettbewerb 2015: Wer findet Rhizobium?

Schüler/innen und Studierende können sich am Wettbewerb „Mikrobe des Jahres 2015“ beteiligen. Schickt bis zum 30. November 2015 Fotos, Videos oder andere kreative und künstlerische Gestaltungen rund um Rhizobium an die Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM) (siehe „Wie geht ihr vor?“). Ausführliche Informationen und weitere Hinweise der VAAM findet ihr hier. Also mitmachen! Es gibt tolle Preis zu gewinnen.

Links:

  • Mehr Hintergrundinformationen zum Knöllchenbakterium allgemein findet ihr unter folgenden Link.
  • Hier noch einige schöne Videos zum Thema:

Nitrogen Fixation – Seven Wonders of the Microbe World

Rhizobia symbiotic relationship between legumes and rhizobia