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Bärtierchen (Tardigrada)

Überlebenstrick Gefriertrocknung (Kryokonservierung)

Hinweis
Kryokonservierung (von griech. krýos "Kälte" und lat. conservare "erhalten, bewahren") ist das Haltbarmachen von Zellen durch Einfrieren. Das kann experimentell zur Aufbewahrung von Zellen in flüssigem Stickstoff erfolgen, oder einen Vorgang beschreiben, wenn Zellen in der Natur großer Kälte ausgesetzt sind und entsprechende Schutzmaßnahmen entwickeln.
Abb.1
Zu kalter Lebensraum für Bärtierchen

Wenn den Bärtierchen allmählich das Wasser ausgeht oder die Temperaturen stark fallen, ziehen sie zunächst die Beine und den Kopf in den Rumpf zurück. Das verkleinert ihre Oberfläche und reduziert den Wasserverlust.

Um sich weiter zu verkleinern, schieben sich die Segmentplatten übereinander. Veränderungen der Fettzusammensetzung der Cuticula führen dazu, dass diese Außenhülle ab einem bestimmten Zeitpunkt komplett wasserundurchlässig wird. Mit der Restflüssigkeit hat das Tier noch immer genug Wasser zur Verfügung, um langsam in die Dauerform überzugehen.

Gleichzeitig verändert sich der Stoffwechsel der Tiere als Vorbereitung auf das Kryptobiosestadium.

Vorbereitung auf sehr kalte Zeiten - Frostschutzmittel und Antifreeze-Proteine

Größere Mengen an Glycerol und Trehalose werden synthetisiert als eine Art Frostschutzmittel, das später das Wasser in den Zellen der Tiere teilweise ersetzen wird. Der Wassergehalt in den Zellen kann auf erstaunliche 2 % gesenkt werden.

Dazu kommen kleine Moleküle, die als Gefrierkeime wirken und kontrolliert kleine Eiskristalle erlauben, die durch so genannte Antifreeze-Proteine stabilisiert werden. Zudem werden als Zellschutz bestimmte Hitzeschockproteine wie z.B. Hsp70 vermehrt produziert, die bei allen Lebewesen in Stresssituationen synthetisiert werden.

Der Stoffwechsel der Tiere reduziert sich immer weiter und liegt letztendlich unter 0,1 % der normalen Stoffwechselrate. In diesem Stadium können die Tiere sogar Temperaturen von -200 °C überstehen, ohne dass ihre Zellen durch die Eiskristalle geschädigt werden. All diese Prozesse dienen der natürlichen Kryokonservierung der Zellen.

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Abb.2
α,α-D-Trehalose
Abb.3
3D-Modell der D-Trehalose

Wenn der Wassergehalt in der Umgebung ansteigt, kann das Tönnchenstadium innerhalb von 10 Minuten bis einigen Stunden wieder zum normalen Tier werden. Das gelingt aber nur, wenn das Tier vor dem Übergang in das Kryptobiosestadium einen guten Ernährungszustand hatte, denn ohne Lipid-Reserven kann nicht genug der Frostschutzmittel Trehalose oder Glycerol gebildet werden. Außerdem ist in diesem Fall auch zu wenig Energie vorhanden, um in den normalen Zustand übergehen zu können.

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