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Bakterien:

Unsere Urahnen als geniale Lebenskünstler

Bakterien, Bazillen, Bösewichter – diese Gedankenverbindung ist uns bestens bekannt. Doch um es gleich vorwegzusagen: Das ist eine Assoziation, die auf falschen Annahmen beruht. Bakterien gehören nämlich untrennbar zu unserem Dasein wie Wasser, Feuer, Luft und Erde. Es gibt sie seit undenklichen Zeiten, und sie sind unentbehrlich, ja, sie schaffen sogar erst die Voraussetzungen für das Leben.

Bakterien sind vielfältig und allgegenwärtig. Die einzige Gemeinsamkeit ist ihre Einzelligkeit. Es gibt für uns nützliche und schädigende – doch die allermeisten Bakterien leben völlig unbemerkt in uns, an uns und fast überall in unserem Umfeld.

Woher Bakterien kommen und wie sie unser Leben ermöglichen und bereichern

Zunächst möchte ich Sie jedoch zu einer kurzen Rückschau auf die Entwicklung unserer Natur einladen – unsere Vergangenheit, die die Voraussetzungen für uns wunderbare Wesen geschaffen und uns nachhaltig geprägt hat. Mit dem folgenden vereinfacht dargestellten »Schnelldurchlauf« zur Entwicklung der Erdgeschichte aus biologischer Sicht will ich Informationen zusammenfassen, die das Verständnis dieses Buches erleichtern sollen oder vielleicht sogar erst ermöglichen. Begleiten Sie mich deshalb jetzt auf der Reise zu den irdischen Anfängen des Lebens.

Vor mehr als vier Milliarden Jahren gab es eine Landmasse, Wasser und atmosphärische Gase, hauptsächlich Kohlendioxid (CO₂), Wasserdampf (H₂O) und Ammoniak (NH₃). Vulkanausbrüche unter Wasser und Gestein, Blitze und UV-Strahlung – es gab noch keine schützende Ozonschicht – erzeugten eine Menge Energie und Chaos. Alle Materie wurde immer wieder durcheinandergewirbelt, und auch die Atome und Moleküle formierten sich immer wieder neu. Zusätzlich wiesen die meisten Atome in den damaligen chaotischen Verhältnissen eine minimale elektrische Ladung auf. Das führte dazu, dass sich einige der sich zusammenfindenden Bausteine aus den Elementen C, O, H und N, Bestandteile obengenannter Gase, immer wieder auf eine bestimmte Art zusammenrotteten. Es entstanden die ersten Kohlenhydrat- und Eiweißmoleküle. Aufgrund ihrer Anziehungskräfte zogen diese Moleküle auch immer wieder die gleichen kleinen Moleküle an und bildeten Pärchen.

Sei es zufällig, aufgrund »göttlichen Funkens« oder außerirdischen Inputs – einige dieser Formationen waren besonders eifrig dabei, sich zu paaren und Verbindungen auszuprobieren. Fünf dieser sogenannten Basen kennen wir heute noch als Grundbausteine des Lebens: Adenin (A), Thymin (T), Guanin (G), Cytosin (C) und Uracil (U). Sie lagern sich immer zu folgenden Pärchen zusammen:

C + G sowie A + T beziehungsweise A + U.

Ihre Reihenfolge auf einem Chromosom (das ist ein Erbgutsegment oder -teilstück) sowie die Länge und die Faltung des gesamten Informationsträgers bestimmen den Vererbungscode. A, C, G, T und U sind sozusagen die Buchstaben zu den Sätzen, die das Buch des Lebens füllen. Bücher sollten aber nicht nur geschrieben, sondern auch vervielfältigt werden, um ihre Information zu verbreiten. Diese Metapher lässt sich ebenfalls auf die Pärchenmoleküle übertragen, denn auch sie stellten zuerst inverse Abzüge und mit diesen als Vorlage originalgetreue Kopien von sich her. Und sie tun dies bis heute!

Da Partys mit vielen Freunden nun mal fröhlicher sind als einsame Abende, fanden sich im Urozean immer mehr Bausteine zusammen und formten längere Ketten. Auch diese Anordnungen konnten (und können) über eben genannte zwei Schritte jeweils dupliziert werden.

Irgendwann gestalteten einige Molekülformationen auch eine Hülle – und der Prototyp einer lebendigen Zelle war entstanden. In seinem Inneren herrschten andere Bedingungen als außen. Fehlendes konnte von außerhalb eingeladen, Überschüssiges abgegeben werden.

Selbstverständlich bin auch ich nicht in der Lage, Ihnen detailliert die Entstehung oder Entwicklung des irdischen Lebens zu erklären. Doch unter den gegenwärtigen Theorien zum Thema scheint mir dieses vereinfacht dargestellte Szenario am wahrscheinlichsten. Wichtig ist, was »hinten rauskommt« – und das ist die Tatsache, dass das irdische Leben seit über drei Milliarden Jahren in allen Organismen dieselbe Sprache spricht und denselben grammatischen Regeln folgt. Aus den ersten Worten bildeten sich Sätze, und die Sätze erzählen uns mittlerweile erstaunlich detailliert-komplexe Romane, bilden Fachliteratur oder vermitteln uns Gesetzestexte und vieles mehr.

Erste Zellen

Diese frühen Urzellen waren bereits Vorfahren unserer heutigen Bakterien! Die ersten unter dem Mikroskop gesichteten Winzlinge waren stäbchenförmig, daher wurden sie nach dem griechischen Wort für »Stäbchen, Stöckchen« benannt: baktḗrion (obgleich sie auch kugelförmig, spiralig oder ganz anders aussehen können).

Genauer gesagt, sind Bakterien sogar die Urahnen allen Lebens auf unserem Planeten, die Ururur … großeltern aller Organismen, von Amöben ebenso wie von Pflanzen, Tieren und uns Menschen. Bakterien bestehen aus den gleichen Molekülteilchen wie Moose, Insekten, Fische, Blumen, Bäume, Spinnen, Tiger und der Homo sapiens – genauso wie all unsere natürlichen Lebensmittel.

Statt bei jedem Gedanken an Bakterien in Hygienehysterie zu verfallen, sollten wir sie also erst einmal begutachten und vor allem mehr achten. Es lohnt sich nämlich sehr, sie näher kennenzulernen, die »Omas und Opas unseres Daseins«.

Zucker, Eiweiße und Fette

Zurück zum Prototyp der ersten lebendigen Zelle: Ihre Inhaltsstoffe und ihre Hüllbausteine nennen wir heutzutage »Kohlenhydrate« (oder »Zucker«), »Proteine« (oder »Eiweiße«) und »Lipide« (oder »Fette«). Fette wurden erst später der Elite der Grundbausteine zugefügt, da sie doppelt so viel Energie speichern können als Zucker. Heute drücken wir das in Kilojoule oder Kalorien aus. Eiweißbausteine, sogenannte Aminosäuren, lagerten sich gern zu Ketten aneinander, »Peptide« genannt (nach dem griechischen peptós für »verdaut«). Wurden diese Peptidketten länger als etwa fünfzig Einheiten, falteten sie sich zu stabilen dreidimensionalen Gebilden, den Proteinen. Auch die Zuckermoleküle bildeten verschieden lange Ketten, oft zusätzlich mit Seitenketten versehen. Diese Kohlenhydrate oder Saccharide schmecken meist nicht mehr süß, zum Beispiel Stärke, Pektin und Zellulose.

Differenzierungen

Manchmal schnürte sich ein Teil der Außenhülle dieser Urgebilde ab und formte eine neue Zelle. Die inneren Bausteine verteilten sich zu gleichen Teilen auf beide Untereinheiten. Und auf diese Weise entstanden immer mehr dieser Zellkopien.

Von Zeit zu Zeit schlichen sich kleine Fehler in die Verteilung der Inhalte ein, und einzellige Organismen begannen sich zu differenzieren. Sie wurden immer unterschiedlicher. Aufgrund immer neuer Fehlübertragungen während der Verdopplungen entstanden zudem immer mehr und immer komplexere Teilchen.

Gleiche Einheiten bildeten Gruppen, die sich wiederum mit ähnlichen Gruppen zu größeren Verbänden sammelten. So wurden im Laufe der Zeit die Unterschiede zwischen den Einzellern stets größer, und es entstanden systematisch viele verschiedene Arten, Gattungen, Familien, Ordnungen und Klassen von Bakterien (siehe ebenso weiter unten den Abschnitt »Mutationen«).

Das ist auch der Grund, warum ich anfangs erwähnte, dass es unzählige verschiedene Sorten von Bakterien gibt. Ihr kleinster gemeinsamer Nenner ist wie gesagt ihre Einzelligkeit. Ansonsten sind ihre Unterschiede mindestens genauso enorm wie die zwischen Menschen und Flöhen, Fliegen, Fichten oder Flachlandgorillas.

Auf jeden Fall gab es dann vor circa drei Milliarden Jahren unzählige kleine, membranbegrenzte Einheiten mit relativ simpler Innenstruktur. Die Bau- und Lebensweise der Bakterien, die den Anfang unseres Lebens bilden, ist bis heute die erfolgreichste Lebensform auf unserem Planeten.

Photosynthese und Glycolyse

Jeder Auf- und Umbau der Moleküle, gleich, ob sie zu den Hüllbausteinen oder den Innenstrukturen gehören, erfordert Energie. Entweder sie wird zugeführt, oder sie wird freigesetzt. Zum Glück scheint – nach kosmischen Dimensionen – nahe der Erde die Sonne, und einige dieser ersten einfachen Organismen waren tatsächlich in der Lage, die Sonnenlicht- in chemische Energie umzuwandeln und ihre Verdoppelungsvorgänge signifikant zu beschleunigen. Mit anderen Worten: Sie etablierten die Photosynthese.

Wurde mehr Energie benötigt, als vorhanden war, wurde die Sonne »angezapft«. Überschüssige chemische Energie konnte in Form von Zuckern und später in komplizierter gebauten Bausteinchen, den Fetten, gespeichert werden.

Photosynthese betreibende Zellen besitzen Chloroplasten. Das sind Bestandteile pflanzlicher Zellen, sogenannte Zellorganellen. Die Vermutung liegt nahe, dass sie früher eigenständige Lebewesen waren und zum gegenseitigen Nutzen mit anderen Zellen verschmolzen sind.

Die Umkehrung des Prozesses – die Rückwandlung der Speicherenergie in chemische Energie – heißt »Glycolyse«: Das ist die Aufspaltung von Zuckern, die mittels Enzymen bewerkstelligt wird. Enzyme sind Zellsubstanzen, die biochemische Reaktionen starten können. Mit enzymatischer Hilfe können Kohlenhydrate auseinandergenommen oder umgebaut werden, wobei die zuvor gespeicherte Energie wieder frei wird und für andere Lebensprozesse genutzt werden kann. Die Glycolyse ist wahrscheinlich ebenfalls eine Erfindung der ersten Bakterien.

Als unser aller Urahnen haben Bakterien also das irdische Leben entwickelt, die Übertragung der Erbinformation nebst Fehlübertragungen etabliert sowie die Energieumwandlung von Sonnenlicht in organische Materie erfunden.

Die Grundarchitektur des Lebens ist dabei unverändert geblieben. Es besteht stets noch aus denselben Bauelementen: Aminosäuren, Zuckern und Fetten auf Basis der Elemente C, O, H und N. Teilung und Informationsweitergabe, »Vererbung« genannt, laufen noch immer nach denselben ursprünglichen Prinzipien ab. Photosynthese und Glycolyse, einmal ausgereift, sind bisher ebenfalls von fast allen Pflanzen unverändert übernommen worden (Tiere können Kohlenhydrate nur umsetzen, nicht generieren).

Die bakterielle Vermehrungsrate

Bis heute übertreffen Bakterien die Menschheit nicht nur anhand ihrer Anzahl – wir beherbergen zehnmal mehr Bakterien in unserem Körper, als wir Körperzellen haben –, sondern die gesamte Biomasse aller Miniaturkreaturen wiegt auch schwerer als die aller anderen Lebewesen, Flora und Fauna, zusammen.

Unter optimalen Bedingungen verdoppeln sie sich alle 20 bis 30 Minuten. Aus einem Individuum können also nach einer Stunde acht Exemplare hervorgehen, nach sechs Stunden etwa 250 000, und nach knapp elf Stunden können bereits acht Milliarden Bakterien vorhanden sein, nach einem halben Tag 68 Milliarden. Dieser rein rechnerische Wert gilt auch im Falle einer Ansteckung – wenn krankheitserregende Bakterien auf einen Menschen treffen.

Hier können Sie bereits erahnen, welchen »Input« diese Zwerge auf unser Leben haben – er reicht weit über ihr Infektionspotenzial hinaus! Doch das bisher Gesagte war noch lange nicht alles an interessanten Nachrichten aus dem Reich der Einzeller.

Mutationen

Bakterien können sich ständig verdoppeln und sind damit quasi als unsterblich anzusehen. Sie haben kein Verfallsdatum und können nur durch Nahrungsmangel zugrundegehen oder mittels »Waffengewalt« getötet werden.

Obwohl sie bestrebt waren und sind, stets die gleiche Information aufgrund von positiver Erfahrung – in diesem Fall Wachstum und Vermehrung – an die Tochtergenerationen weiterzugeben, gab und gibt es doch öfter kleine Fehlübertragungen. Manchmal schlich sich nämlich ein Defekt in die Verdoppelungsvorgänge ein. Es fanden »Mutationen« statt (siehe auch den Abschnitt »Differenzierungen« auf Seite 16). Ursachen solcher Patzer können ganz unterschiedlicher Art sein. Mögliche Gründe sind verschiedenartige Strahlungen, Milieuänderungen oder auch sogenannte Radikale, die ich im Kapitel über pflanzliche Farbstoffe näher beschreibe.

Dann und wann wurden die Erbinformationen auch nur verdoppelt, ohne anschließend auf neu entstandene Einheiten verteilt zu werden – daraus ergab sich ein doppeltes, vier- oder mehrfaches Erbgut. Auf diese Weise entstanden immer komplexere Zellgebilde.

Sich negativ auswirkende Übertragungen, also fehlerhafte im engeren Wortsinn, ließen den neu entstandenen Organismus nicht beziehungsweise nicht lange überleben, und die weitere Übertragung war gestoppt. »Tote tragen keine Karos« und können auch aktiv keine Informationen weitergeben. Sofern diese »Irrtümer« sich allerdings als positiv herausstellten und den neuen Organismus stärkten, wurden die aktualisierten genetischen Codes weitervererbt.

Vielzeller

Manche Bakterien rotteten sich zu Gemeinschaften zusammen und »vereinbarten« eine Art Arbeitsteilung, vielleicht so ähnlich, wie wir es von Ameisen- oder Bienenvölkern kennen. Einige Zellen spezialisierten sich dann zum Beispiel auf Sporenbildung und Fortpflanzung, auf Ausscheidung von nicht mehr benötigten Stoffen, auf die Bereitstellung von Energiereserven, wieder andere auf die Kommunikation untereinander oder auf die Sauerstoffaufnahme.

Manche dieser Bakteriengemeinschaften erzeugten sogar eine Art Schutzhülle um ihre Mitglieder. So entwickelten sich nach und nach mehrzellige Gebilde wie Schwämme, die in der Biologie zu Beginn der Vielzeller-Evolution eingestuft werden. Schwämme sind relativ lockere Zellverbände ohne spezielle Organe, Muskel- oder Nervenzellen.

Vielzellige Körper sind demnach Zellstaaten, in denen Gruppen von Zellen auf bestimmte Funktionen spezialisiert sind. Ihre Abstimmung und Koordination findet auf chemischer und physikalischer Basis statt.

Eukaryonten

Vor knapp einer Milliarde Jahren leitete ein erneuter »Paradigmenwechsel« die Entstehung der vielzelligen Lebewesen ein – der Eukaryonten (gebildet aus den griechischen Wörtern eũ für »gut, schön« und káryon für »Nuss, Kern«). Ihre Zellen waren beziehungsweise sind viel komplexer, mit wesentlich mehr Organellen (kleinen Zellorganen) gebaut und mannigfaltiger Erbinformation ausgestattet. Diese war ab jetzt besser geschützt durch eine Extramembran. Der Zellkern war »erfunden«.

Anders gesagt: Aufgrund von Mutationen entstanden aus den einfach konstruierten prokaryontischen Bakterienzellen ohne echten Zellkern wesentlich komplexere eukaryontische Einheiten mit abgegrenzten speziellen Zellabschnitten, gefüllt mit unterschiedlichen Inhaltsstoffen und einem membranumhüllten Zellkern (»prokaryontisch« vom lateinischen pro, hier im Sinne von »vor, vorher, zuvor«).

Die Landeroberung

Vor knapp einer halben Milliarde Jahren begann dann die Landbesiedelung. Die Erde wurde langsam grün und stetig farbenfroher. Leben aus dem Wasser eroberte die Elemente Luft und Erde. Bisher habe ich das Teamwork einzelliger Organismen und ihre Biografie im Wasser beschrieben. Das evolutionäre Flechtwerk entwickelte sich seitdem zu einem vieldimensionalen Netz mit unendlich vielen Maschen. Alles Leben, das wir um uns herum wahrnehmen – Vogelgezwitscher, Blätterrauschen, Farben und Gerüche –, dies alles konnte sich erst ab dieser Zeit entfalten.

Bereits im Wasser hatte sich pflanzliches und tierisches Leben grundverschieden ausgebildet. Diejenigen Einzeller, die in der Lage waren, Photosynthese zu betreiben und Kohlenhydrate zu produzieren, ordnen wir heute dem Pflanzenreich zu. Tierische Zellen verfügen nicht über entsprechende Zellorganellen und müssen – wie vor vier Milliarden Jahren – pflanzliche Zellen in ihre Körper aufnehmen. Diese tierischen Zellen lagerten sich bereits im Urmeer zu vielzelligen Systemen zusammen, die die gemeinsame Weitergabe ihrer Erbinformationen organisierten. Es schwammen daher bereits Fische in der Ursuppe, als über Normalnull noch kein organisches Molekül Bestand hatte.

Die Pflanzen hatten sich im Wasser nicht wesentlich weiterentwickelt. Sie schoben eine ruhige Kugel und waren zum größten Teil Einzeller geblieben. Die Zeit ihrer großen Erfindungen und Veränderungen brach an, als sie die Welt begrünten, in Konkurrenz mit ihren Artgenossen traten und sich koevolutionär mit Mikroorganismen arrangierten. Zum Beispiel entkoppelten sie ihre Fortpflanzung vom wässrigen Milieu, wohingegen tierische Samen noch heute zu ihrem Ziel schwimmen müssen.

Gut geschützt liegen die weiblichen Keimzellen innerhalb der Fruchtblätter. Männliche Samenanlagen, die trockenen leichtgewichtigen Pollen, können per Wind, Wasser oder Tiertransport an ihr Ziel zur Befruchtung gelangen. Die keimfähigen Sämlinge werden häufig verpackt in leckere verzehrbare Hüllen. Denken Sie an Früchte wie Erdbeeren mit ihren kleinen hartschaligen Embryonen auf fleischigem Fruchtboden oder an Gemüse wie Zucchini, deren Samen eingehüllt sind in antibiotisches vorzüglich schmeckendes Pflanzenmaterial. Um ihre Nachkommenschaft gut vor Verzehr durch Fraßfeinde oder sonstiger Unbill zu schützen, werden sie zur Sicherheit in viele wertvolle Verteidigungssubstanzen vermummt. Daher enthalten Samen nicht nur zur Keimung lebenswichtige Nährgewebe, sondern auch antibiotisches, antivirales, antimykotisches Zubehör. Unsere Mahlzeiten im Winter können wir somit gut peppen mit vielen Kräutersamen wie von Beifuß, Brennnesseln, Gänseblümchen, Wegerich und vielen anderen. Zu den besonders geschützten und verpackten Pflanzenteilen gehören übrigens auch Knospen von Bäumen wie Birke, Buche und Linde, die genießbar und präventiv gesundheitserhaltend sind.

Sexstrategien

Außerhalb des Wassers standen die Gewächse unter besonderem Selektionsdruck. Das heißt, wollten sie überleben, waren sie gezwungen, sich an die (zumindest periodisch auftretende) Trockenheit anzupassen. Mutationen, die dies begünstigten, wurden besonders gefördert.

Spermabündel einfach abzusondern wie im Wasser erwies sich als erfolglose Taktik an Land. Um die Keimzellen vor Austrocknung zu schützen, wurden sie in Samenanlagen verpackt.

Diejenigen Fortpflanzungszellen, die bei den Eltern verblieben, wurden als »weibliche Eizellen« definiert. Die männlichen mobilen Spermien wurden mit wenig Wasserversorgung umhüllt. Sie heißen Pollen. Statt des Wassers wurden zunächst die Winde zum Transportmedium für die Leichtgewichte.

Später setzten die Pflanzen dann zunehmend animalische Arbeitssklaven für ihre Befruchtung und Verbreitung ein. Vor ungefähr hundert Millionen Jahren, lange bevor die Dinosaurier ihre letzten Schritte auf unsere Erde setzten, erschienen die ersten Blüten. Das sind die Merkmale der Bedecktsamer, die innovativ als besondere Schutzmaßnahmen für die Nachkommenschaft erfunden wurden. Die meist obersten grünen Blätter lagerten Farbstoffe ein. Die gewährten sowohl dem Nachwuchs wie auch den Mutterpflanzen selbst Schutz gegen zu viel Sonneneinstrahlung und hielten hungrige Tiere ab, weil sie nicht schmeckten. Als Nebeneffekt begünstigten sie eine neue Art von Beziehung zu Insekten, Vögeln und anderen Tieren. Letztere erkannten die eiweißreichen Pollen als vorzüglichen Proviant. Auf ihren Beutezügen zu den leckeren Snackpoints nahmen sie dann zufällig einige dieser Köstlichkeiten zur nächsten Jause mit und lieferten sie dort ab. Manche Kräuter wie Taubnesseln und Klee bieten ihren Postillons d’Amour mittlerweile süßen, nahrhaften Nektar für ihre Frachtdienste an.

Obgleich standortgebunden, war den Pflanzen ein raffinierter Schachzug geglückt für eine maximale Weiterverbreitung. Nach und nach kristallisierten sich bestimmte Präferenzen zwischen zwei Arten heraus, was wiederum in vielen Fällen in symbiotische Beziehungen mündete (nach dem griechischen Wort sýmbios für »zusammenlebend«). Besondere Farben, Formen und Gerüche wirken auf verschiedene Spezies attraktiv. Bienen fliegen auf Gelb, Schmetterlinge bevorzugen Rot, Fliegen werden von Aasgeruch angezogen. Damit gewährleistet war, dass die richtigen Pollen auch zu den passenden Stellen transportiert wurden, mussten solche Vorlieben verstärkt werden. Trat »zufällig« eine entsprechend förderliche Erbgutveränderung bei einigen Nachkommen auf, wurde diese in ihrer Ausbreitung besonders begünstigt.

Sowohl unter den Tieren als auch unter den Pflanzen haben sich natürlich auch Schmarotzer eingefunden. So nutzen manche Tiere ihre Restaurants gleichzeitig als Behausung für ihre Nachkommen und legen ihre Eier in den Blüten ab. Dort gibt es abgesehen von Schmeckewöhlerchen auch ein behagliches Klima, da im Blütenbereich die Stoffwechselaktivität der Pflanze erhöht ist.

C, O, H, N und die Prinzipien des Lebens

Alle Zellbausteine höherer Lebensformen wie Heilkräuter, Nahrungspflanzen, Säugetiere, Bäume, Insekten, Fische und Primaten bestehen aus komplexen eukaryontischen Zellen – stets nach demselben Grundbauprinzip erschaffen. Die Basiselemente Eiweiß, Zucker und Fett sind seit jeher dieselben geblieben – sie sprechen wie beschrieben dieselbe Sprache seit vier Milliarden Jahren!

Von der ersten Bakterie bis zu den Orchideen und Menschen gelten also noch stets die gleichen Prinzipien:

 Organisches Leben ist grundlegend aus C, O, H und N aufgebaut.

 Die Informationsweitergabe an Folgegenerationen erfolgt wie damals über Nukleotidreplikation.

 Lebensenergie stammt von der Sonne und wird mittels Photosynthese in Zucker umgewandelt. Diese von Pflanzen zur Verfügung gestellten Bausteine werden in allen Lebewesen unterschiedlich verstoffwechselt (Stoffe werden gewechselt!) und als Energiereserve zum Wachstum oder zur Vermehrung genutzt.

 Um Energiereserven zu mobilisieren, also aus Stärke und anderen Kohlenhydratspeichern wieder Energie freisetzen zu können, etablierten die Bakterien die Glycolyse – die Aufspaltung von Zuckern, um Energie freizusetzen –, die ebenfalls noch stets nach demselben Urprinzip in unseren Körpern abläuft.

Der genetische Code nutzt in allen Lebewesen unserer Erde dasselbe Vokabular. Diese Einheitlichkeit in der Sprache deutet darauf hin, dass der Vererbungscode bereits sehr früh festgelegt war. Sogar Viren, die aufgrund ihrer an Kristalle erinnernden Struktur nicht wirklich als Lebewesen bezeichnet werden, sind nach diesem Code zusammengesetzt und enthalten sehr einfache Proteinstrukturen. Viren können sich in den Wirtszellen an deren jeweilige DNS-Vererbungsstränge heften und diese so zwingen, nur noch den viralen Code zu reproduzieren. Bakterien haben alle Lebensräume auf unserer Welt erobert, gemäßigte wie unwirtliche Gebiete, Wasser, Luft, heiße Quellen und sogar unsere Körper. Aus Sicht einer Bakterie ist ein Mensch ein Lebensraum mit vielen verschiedenen Klimazonen.

Bakterien – Freund und Feind

Dank unserer gemeinsamen Evolutionsgeschichte sowie parallel verlaufender Entwicklungsschritte hat sich zwischen vielen Pflanzen und Tieren also ein Zusammenleben zu beiderseitigem Vorteil entwickelt. Eine solche Symbiose besteht bekanntermaßen auch zwischen Bakterie und Mensch. Viele dieser Kleinstlebewesen leben in uns und auf unserer Körperoberfläche und laben sich an unseren Nährstoffen. Die meisten bemerken wir nicht einmal. Als Gegenleistung, sozusagen als »Mietzahlung«, unterstützen viele beispielsweise unser Immun- sowie unser Verdauungssystem. Einige produzieren für uns sogar antibakterielle Abwehrstoffe oder Hormone und anderes mehr. Nur die wenigsten können uns Schaden zufügen und gesundheitlich beeinträchtigen.

Wie gesagt assoziieren die meisten Menschen den Begriff »Bakterie« immer noch mit »gefährlich« und »krankheitserregend«. Sicher, einige dieser Kleinstmitbewohner können bei uns Infektionen auslösen. Viele andere sind allerdings für uns sehr nützlich, indem sie zum Beispiel

 als Darmkommensalen Vitamine, Fettsäuren und weitere von uns benötigten Substanzen produzieren (vom lateinischen commensalis für »Tischgenosse«),

 andere Krankheitserreger in Schach halten,

 dem Pilzwachstum Einhalt gebieten,

 unseren Stoffwechsel unterstützen,

 Ammoniak entgiften, der bei unserer Eiweißverdauung anfällt,

 Ballaststoffe zerlegen,

 unsere Darmzotten pflegen und

 unser Immunsystem trainieren.

Außerdem sind sie in der Lage, Geschmacksstoffe in einigen unserer Lebensmittel anzureichern, etwa in Käse, Salami und Sauerkraut.

Auf und in einem Menschen wohnen ungefähr hundert Billionen Bakterien, also zehn mal tausend mal tausend mal eine Million oder 10 mal 1 000 000 mal 1 000 000. Dazu gesellen sich noch andere Einzeller und Pilze. Das sind etwa zehnmal mehr, als wir Körperzellen haben. Sie halten sich hauptsächlich in den Schleimhäuten auf – Mund, Magen, Darm, Atemtrakt, Vagina –, allen voran im Dickdarm (mindestens 80 Prozent). Je nach Statur beherbergen wir etwa 2 Kilogramm dieser Untermieter. Jeder Mensch besitzt eine individuelle Bakterienausstattung, teilweise ernährungsbedingt, zum Teil auch erblich festgelegt. Das Gleichgewicht der Lebensgemeinschaft der vielen verschiedenen Bakterienstämme und auch anderer Mikroben ist grundlegend für unsere Gesundheit.

Koevolution

Bakterien ernähren sich also von unseren Stoffwechselprodukten, und sie geben uns dafür die ihren in Form von Vitaminen und anderen nützlichen Substanzen. Weiterhin sind sie uns bei der Verdauungsarbeit von Nutzen, indem sie helfen, Ballaststoffe abzubauen, und uns teilweise vor Krankheitserregern schützen. Zum Beispiel behindert das Milchsäurebakterium Lactobacillus bifidus die Ansiedlung pathogener Darmbakterien. Escherichia coli (E. coli) und Streptokokkenarten können sowohl krankheitserregende als auch antibiotische Wirkung im menschlichen Körper zeigen.

Da sich dieses Zusammenleben bereits vor Millionen Jahren etabliert hat, können wir von einer gemeinsamen Entwicklung reden, von einer Koevolution (von den lateinischen Begriffen co[n] für »gemeinsam, zusammen mit« und evolvere für »herauswickeln, aufrollen«). Beide Organismenarten haben sich einander über lange Zeiträume angepasst.

Aus Sicht der Bakterien ist unser Körper wie gesagt ein großer Kontinent mit verschiedenen Klimazonen wie Atemtrakt, Haut, Darm, Lunge, Schleimhäute und so weiter. Die Bakterien haben sich an die unterschiedlichen Körperregionen adaptiert. Sie gehören nicht nur »irgendwie« zum Inventar unseres Organismus, sondern sie sind lebens- und funktionsnotwendig. Da, wo unser Körper sich auf bakterielle Unterstützung verlassen kann, benötigt er weniger Energie und kann diese an anderer Stelle zur Verfügung stellen – zum Beispiel für Gedächtnisleistung, Immunsystemtraining oder Reparaturbedarf. Umgekehrt haben sich auch unsere Organe auf diese Mikroflora seit Millionen Jahren eingestellt. Bakterien werden von uns ernährt und können die hierfür eingesparte Energie in die Produktion für uns notwendiger Substanzen investieren. Die Koevolution bedeutet also stets eine Win-win-Situation für alle Beteiligten.

Dies trifft vor allem auf unser Darmmilieu zu. Im Darm landet der von Mund und Magen zerkleinerte und zur Verdauung präparierte Nahrungsbrei. Verdauung heißt die Verstoffwechslung der Nahrungsbestandteile. Die Stoffe werden wie gesagt wortwörtlich umgewechselt, zerlegt und umgebaut. Im Prinzip soll aus der Nahrung Energie zum Wachsen und Vermehren gewonnen werden. Überschüssige oder aktuell nicht benötigte Energie wird in Form von Zucker- beziehungsweise Fettderivaten gespeichert. Der lange Darmschlauch ist unterteilt in Abschnitte, in denen jeweils aufeinander abgestimmte Prozesse ablaufen. Zum Schluss werden nicht oder nicht mehr benötigte Stoffwechselendprodukte (Abfallstoffe, Fäkalien, Fäzes) im Enddarm gesammelt und periodisch ausgeschieden.

Unterscheidungsmerkmale von Bakterien

Prokaryonten können unterteilt werden in

 aerobe, sauerstoffatmende Bakterien,

 anaerobe, ohne Sauerstoff lebensfähige Bakterien und

 aerotolerante Bakterien, die sowohl in sauerstoffreicher als auch in sauerstoffarmer Umgebung existieren können.

Wichtig für die weitere Unterteilung von Bakterien, die ihre Färbbarkeit betrifft, ist Murein. Das ist eine abschirmende Bedeckung mancher Bakterien, also eine zusätzliche Hülle um ihre Zellwände. Keine eukaryontische Organismuszelle verfügt über eine Murein-Schutzschicht. Sie gilt als bakterienspezifisch. Murein ist eine Substanz, die bei keiner höheren Lebensform bisher gefunden und analysiert wurde.

Der Däne Hans Christian Gram (1853–1938) entwickelte diese Methode, Bakterien zu unterscheiden:

 Grampositive Bakterien besitzen eine dicke, mehrschichtige Schutzschicht aus Murein um ihre äußere Membran. Sie erscheinen dunkelblau.

 Gramnegative Bakterien verfügen nur über eine einschichtige Mureinauflage und erscheinen rot.

Murein ist für manche pharmazeutisch hergestellten Antibiotika das Angriffsziel und daher die Ursache, warum einige dieser Chemo-Biotika (siehe Seite 31) nur und ausschließlich gegen Bakterien eingesetzt werden können – gegen für uns schädliche, aber auch gegen körperunterstützende Bakterien – und dabei keine unserer Körperzellen angreifen.

Leider besitzen nicht alle Bakterien diesen Mureinschutz – und außerdem werden meist auch viele nützliche Bakterien von Chemo-Biotika attackiert. Dies bedingt unter anderem die vielen allergischen Nebenwirkungen von technisch erzeugten Antibiotika.

Der Einsatz als Waffen

Um die geheimen Kriegsstrategien einiger Bakterienkolonien zu analysieren und zu erfahren, was geschehen kann, wenn Antibiotika in unserem Körper auf Bakterien treffen, müssen wir noch mal kurz ein paar Milliarden Jahre zurückschauen.

In der Ursuppe gab es für die ersten Einzeller Nahrung und Platz satt. Überall schwammen verschiedenste Moleküle, die einverleibt und verstoffwechselt werden konnten. Im Prinzip benötigten die ersten Einzeller ja nur ausreichend Aminosäuren zum Kopieren und zur Weitergabe ihrer (Erb)information und Kohlenhydrate, später noch zusätzlich Lipide zur Energiebevorratung. Das sind die gleichen Materialien, die heutige Lebewesen aller Art benötigen, um zu leben, zu wachsen und sich zu vermehren.

Jetzt schwammen also in den Weiten des Urozeans kleine einzellige Kügelchen herum. Die waren zusammengefügt aus den (mittlerweile) überall vorhandenen organischen Molekülen. Sie schleusten im Außenmilieu befindliche herumschwimmende organische Moleküle durch ihre Membran in ihr Inneres. Dort synthetisierten sie Proteinketten, die sie kopieren und sich somit durch einfache Teilung vermehren konnten. Wie gesagt entstanden peu à peu aus einem Urbakterium somit viele neue, verschiedene Arten.

Noch immer waren Raum- und Nahrungsangebot im Überfluss vorhanden. Doch mit fortschreitender Zeit verknappten sich sowohl Platz als auch Proviantpartikel, während die Anzahl der Einzeller zunahm. Irgendwann stießen dann Kolonien von Einzellern auf Kolonien anderer Einzeller – und an den Grenzen dieses Zusammentreffens mussten neue Strategien des Über- und Weiterlebens entwickelt werden. Wissenschaftlich ausgedrückt, war hier ein besonders hoher Evolutionsdruck gegeben für Mutationen. Im biologischen Sinne erhöhte sich hier der Antrieb, einen Ausweg zu (er)finden, um das eigene Wachstum und Fortbestehen weiterhin zu gewährleisten.

Diese Kontaktbereiche bedeuteten eine Limitierung für beide (oder mehr) beteiligten Parteien. Folgende Strategien standen zur Wahl:

1 Sie konnten harmonieren und sich miteinander arrangieren, als Symbionten leben mit Vorteilen für beide Parteien.

2 Die eine Art konnte die andere versklaven und somit leichter expandieren (Parasiten).

3 Eine Art konnte so schnell wachsen, dass sie die andere zurückdrängte.

4 Sie konnten »Waffen« erfinden und sich einem Überlebenskampf mit dem Gegenüber stellen, um dem Gegner Einhalt zu gebieten – nicht, um ihn gänzlich auszulöschen! Totale Vernichtung gehört nämlich nicht zu den Naturstrategien.

Naturgegebene Waffen dienen ausschließlich der Verteidigung: Ist der Gegner außer Gefecht gesetzt, wird nicht noch mal nachgetreten. Der eigene Anspruch auf Wachstum und Ausbreitung hat sich ja erfolgreich durchgesetzt.

Ich möchte hier ganz klar hervorheben: Biologische Munition dient ausschließlich dem Eigenschutz und nicht der Vernichtung des Gegners. Lebewesen, die eigene Waffen entwickeln (beziehungsweise aufgrund zufälliger Mutationen Proteine herstellen können, mit deren Hilfe sie die Ausbreitung anderer Arten hemmen), tun dies auf natürlichem Wege immer nur zu ihrer eigenen Verteidigung und niemals zum Zwecke des »Genozids« der Antagonisten! Sonst würde bald nur noch eine Lebensform existieren, und die würde recht bald hungers sterben oder sich zu Tode langweilen.

Im Gegensatz dazu sollen die von der Pharmazie eingesetzten Antibiotika – ob natürlich oder künstlich generiert, ist dabei unwesentlich – die Krankheitserreger vollständig auslöschen. Kaum wird noch bedacht, die restlichen Trümmer abzutransportieren, damit durch ihren Müll nicht eine weitere Krankheit (als Nebenwirkung) ausgelöst werden kann.

Eine dieser mikrobiellen Waffen wurde im Jahr 1928 von Sir Alexander Fleming (1881–1955) per Zufall entdeckt: Der Schimmelpilz Penicillum chrysogenum (früher hieß er Penicillum notatum) kann auf Staphylokokken eine wachstumshemmende Wirkung entfalten. Sein Abwehrstoff wird »Penicillin« genannt. 1945 bekam der schottische Bakteriologe den Nobelpreis für Medizin. Der finnische Nahrungsmittelchemiker Artturi Ilmari Virtanen (1895–1973) erhielt im gleichen Jahr den Nobelpreis für Chemie. Virtanen forschte unter anderem an den antibiotisch wirkenden Inhaltsstoffen von Pflanzen.

Solch eine Therapie mit Antibiotika wirkt wie eine Flächenbombardierung. Nicht nur die »militärischen Kriegsgegner« erliegen dem Angriff, sondern alles Leben, was sich in der Umgebung befindet. Ein derart extremer Kollateralschaden bedeutet auf den Körper übertragen entsprechende »Nebenwirkungen«. Auf all dies werde ich im nächsten Kapitel näher eingehen.