Magnetotaxis

Als Magnetotaxis wird die Orientierung der Bewegungsrichtung von Lebewesen in einem Magnetfeld bezeichnet. Ökologisch bedeutend ist die Orientierung am Magnetfeld der Erde. Nach bisherigen Erkenntnissen spielen dabei sogenannte Magnetosomen eine Rolle. Magnetosomen besitzen einen Eigenmagnetismus und tendieren zu einer Ausrichtung in Magnetfeldern. Anders als bei der Chemotaxis oder Phototaxis wurde bisher jedoch noch kein Beweis für das Vorhandensein eines sensorischen Systems gefunden.

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Aufbau und Morphologie von Magnetosomen

Magnetosomen bestehen aus Kristallen von Magnetit (Fe^III₂Fe^IIO₄) oder Greigit (Fe^III₂Fe^IIS₄). Sie haben einen Durchmesser von etwa 40 - 90 nm und sind von einer Nichteinheitsmembran, also einer Monoschicht aus Phospholipiden, Proteinen und Glykoproteinen umgeben.

Die Gestalt der Magnetosomen variiert zwischen verschiedenen Spezies stark. Sie kann würfel- bis quaderförmig und auch nagel- oder tropfenförmig sein. Jede Zelle enthält mehrere Magnetosomen, die darin Ketten bilden.

Verbreitung und ökologische Bedeutung bei Bakterien

Magnetotaktische Bakterien leben in Gewässern (aquatisch) und sind an geringe Sauerstoffkonzentrationen angepasst (mikroaerophil). Sie bewegen sich mit Hilfe von Geißeln und besitzen in ihrem Inneren Magnetosomen, die in einer Reihe angeordnet sind. Die meisten magnetotaktischen Bakterien sind Spirillen, ein Beispiel ist die Art Magnetospirillum magnetotacticum.

Magnetosomen verleihen der Zelle einfache magnetische Eigenschaften, wodurch die Bakterien parallel zu den Kraftlinien des Erdmagnetfelds ausgerichtet werden. Die Polarität ist bei magnetotaktischen Bakterien auf der Nordhälfte der Erde so ausgerichtet, dass sie sich beim Schwimmen in Richtung auf den magnetischen Nordpol bewegen. Wegen der Inklination des Erdmagnetfelds außerhalb der Äquatorregion ist die Bewegung schräg nach unten gerichtet. Bei magnetotaktischen Bakterien auf der Südhälfte der Erde wird dasselbe bewirkt, indem die Polarität so ausgerichtet ist, dass sie sich in Richtung auf den magnetischen Südpol bewegen.

Diese Abwärtsbewegung bewirkt, dass die Bakterien auf kurzem Weg in die Grenzschicht des Wassers dicht über dem Sediment gelangen. Dort ist wegen der höheren Sauerstoffzehrung beim Abbau organischer Stoffe im Sediment die Sauerstoffkonzentration niedrig. Außerdem stehen in diesem Bereich organische Stoffe in höherer Konzentration zur Verfügung als in höher gelegenen Wasserschichten. Dies sind günstige Bedingungen für die heterotrophen mikroaerophiler Bakterien.

Eine Alternative zur Magnetotaxis ist die Chemotaxis, die bei nicht-magnetotaktischen Bakterien zum selben Ziel führen kann. Chemotaxis beruht aber auf dem Prinzip „Versuch und Irrtum“, so dass chemotaktische Bakterien das Ziel nur auf Umwegen erreichen.

Sonstiges Vorkommen

Magnetosomen kommen auch bei Algen vor.

Bei einigen höheren Lebewesen, auch bei Wirbeltieren, wurden Magnetosomen im Bereich der Ohren oder im Gehirn nachgewiesen. Man nimmt an, dass sie bei der Orientierung der Bewegung dieser Lebewesen eine wichtige Rolle spielen.

Siehe auch

• Magnetsinn
• Pflanzenbewegung