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Göttinger Physiker untersuchen Bewegungsverhalten von Mikroalgen

Mikroorganismen Göttinger Physiker untersuchen Bewegungsverhalten von Mikroalgen

Mikroorganismen sind nicht nur in verschiedenen Lebensräumen zu finden, sie können sich auch fast perfekt an ihre Umgebung anpassen. Göttinger Physiker haben jetzt herausgefunden, wie sich die schwimmenden Mikroorganismen in komplexen Geometrien zurechtfinden.

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Schwimmen auf engstem Raum: Wie Mikroalgen in komplexen Geometrien navigieren.

Quelle: MPIDS / r

Göttingen. Nach Angaben der Physiker des Göttinger Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation können sich Mikroorganismen auf unterschiedliche Arten fortbewegen, beispielsweise durch Kriechbewegungen. Die einzellige Grünalge Chlamydomonas bewege sich wie ein Brustschwimmer. Dies sei möglich, da zwei sogenannte Flagellen, fadenförmige Gebilde auf der Oberfläche, synchron schlagen. Dadurch kann die Grünalge gut Nährstoffe und Lichtquellen aufspüren. Hierbei legt sie pro Sekunde eine Strecke zurück, die dem zehnfachen ihrer Körpergröße entspricht. Dem Göttinger Forschungsteam unter der Leitung der beiden Physiker Oliver Bäumchen und Marco Mazza ist es nach eigenen Angaben erstmals gelungen, einzelne lebende Zellen in parallel angeordneten voneinander isolierten Kammern einzuschließen. „Die Zellen hatten jeweils einen Durchmesser, der nicht größer war, als der eines menschlichen Haares“, sagte Bäumchen. Dies habe ihnen ermöglicht, unter Laborbedingungen zu untersuchen, welchen Einfluss die Geometrie des Lebensraumes der Zellen auf deren Schwimmverhalten hat.

Experimente mit Simulationen

Hierzu habe das Team um Mazza ein Computer-Modell entwickelt, mit dem die Experimente mit Simulationen gestützt werden konnten. Für die Experimente haben Bäumchens Mitarbeiter Tanya Ostapenko und Thomas Böddeker die Größe und Geometrie der Kammern verändert. „Wir haben dabei herausgefunden, dass die Zellen mit zunehmender Krümmung der Wände immer seltener der Oberfläche entkommen“, erklärte Ostapenko. Beim Aufprall auf die Oberfläche werden die Zellen durch das Schlagen der Flagellen in einem bestimmten Winkel abgelenkt. Dieser liege bei etwa zehn bis 20 Grad.

Universelles Bauprinzip

Mithilfe des ersten Computer-Modells haben die Forscher zudem festgestellt, dass es zwischen Mikroalgen und bakteriellen Mikroschwimmern einen entscheidenden Unterschied gibt. Bei Bakterien ist der Flagellenantrieb am Heck statt am Bug angebracht. Deshalb seien Forscher bislang davon ausgegangen, dass diese sich beim Auftreffen an einer Wand unterschiedlich verhalten. Dies sei jedoch nicht der Fall. Durch das universelle Bauprinzip der Flagellen der Mikroalgen sei der Modellcharakter der Zellen für die Forschung von Bedeutung. Laut Bäumchen entspreche dieses Bauprinzip auch dem der Flimmerhärchen, die sich im menschlichen Körper befinden, und die an verschiedenen Stellen wichtige Aufgaben übernehmen. Durch die Ergebnisse des Forscherteams sei es jetzt nicht nur möglich, das Verhalten der Mikroschwimmer zu verstehen, sondern es könnte auch in der Medizin von Bedeutung sein. Beispielsweise könne es möglich werden, über künstliche Mikroschwimmer Medikamente innerhalb des Körpers ans Ziel zu bringen.

Von Vera Wölk

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