Thermophilie

Thermophilie (von altgriechisch

θερμός

thermós „warm“ sowie

φίλος

phílos „liebend“) ist die Eigenschaft von Lebewesen, insbesondere Mikroorganismen, hohe Temperaturen (45–80 °C) zu bevorzugen. Lebewesen mit dieser Eigenschaft werden als thermophil bezeichnet. Wenn der bevorzugte Temperaturbereich oberhalb von 80 °C liegt, dann spricht man von hyperthermophilen Lebewesen. Wenn sie in der Lage sind höhere Temperaturen vorübergehend zu ertragen, nennt man sie thermotolerant, wenn sie bei höheren Temperaturen auch vermehrungsfähig sind, nennt man sie thermotroph.

Thermophile Organismen

Thermophile Organismen finden sich insbesondere unter den Archaeen sowie (seltener) bei den Bakterien. Ihre Proteine sind thermostabil und denaturieren langsamer. Für manche Archaeen liegen die optimalen Lebensbedingungen erst bei weit über 70 °C; sie leben vor allem in heißen Quellen und Geysiren. Einige thermophile Bakterien und Pilze (z. B. Chaetomium thermophilum) besiedeln bevorzugt Komposthaufen, in deren Innern durch Verrottungsprozesse die Temperatur auf über 45 °C gestiegen ist.

Lebensräume

In der Tiefsee gibt es in Gebieten mit vulkanischer Aktivität – vor allem an mittelozeanischen Rücken – Ökosysteme, bei denen die Wassertemperaturen aufgrund einer Erhitzung durch aufsteigendes Magma und des hohen hydrostatischen Drucks sogar 100 °C übersteigen, die aber dennoch eine reichhaltige Biozönose enthalten. Als derzeitige Spitzenreiter unter den hyperthermophilen Mikroorganismen gelten die Archaee Strain 121, die noch bei 121 °C ihre Population alle 24 Stunden verdoppelt (entdeckt 2003 an einem Schwarzen Raucher im Juan-de-Fuca-Rücken), und die Archaee Methanopyrus kandleri, die auch bei 122 °C wachsen kann (1991 entdeckt an einem Schwarzen Raucher im Golf von Kalifornien). Damit lösen diese den vormaligen Rekordhalter Pyrolobus fumarii ab, der bis maximal 113 °C zu wachsen in der Lage ist. An den Schloten Schwarzer Raucher lebt auch der Wurm Alvinella pompejana, der in seinem Lebensraum Temperaturen von bis zu 80 °C toleriert und damit den Rekord unter den thermophilen Eukaryoten hält.

Maximale Temperatur für Lebewesen

Man nimmt an, dass die absolute Obergrenze für Leben jeglicher Art um etwa 150 °C liegt, da bei höheren Temperaturen die DNA (der Träger der Erbinformation) mit so hoher Geschwindigkeit durch Hydrolyse zerfällt, dass jedes aktuell bekannte DNA-Reparatursystem damit überfordert wäre. Bärtierchen sind in der Lage, unter gewissen Voraussetzungen und mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit Temperaturen bis zu 151 °C zu überleben und bestätigen damit vorläufig diesen Grenzbereich. Dennoch kann niemand mit letzter Sicherheit die Existenz von sogenannten ultrathermophilen Organismen ausschließen. Diese derzeit noch hypothetischen Lebewesen könnten Mechanismen entwickelt haben, mittels derer sie bei noch höheren Temperaturen überleben, wie sie z. B. in manchen Heißwasserquellen vorzufinden sind, in deren Nähe Kolonien von Pyrolobus fumarii existieren; dort wurden Temperaturen von bis zu 350 °C gemessen.

Anwendungen

In der technischen Mikrobiologie (Biotechnologie) laufen bakterielle Prozesse dann bei thermophilen Bedingungen, wenn sie bei über 50 °C ablaufen. Liegen die Temperaturen darunter, spricht man von mesophilen Bedingungen (30–40 °C) bzw. psychrophilen Bedingungen (unter 20 °C). Sowohl die Gärung als auch die Kompostierung können bei thermophilen Bedingungen betrieben werden.

Viele Enzyme thermophiler Bakterien werden heute in verschiedenen technischen Prozessen verwendet, z. B. Proteasen oder Lipasen in Waschmitteln. Eine thermostabile DNA-Polymerase wird bei der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) verwendet.

Siehe auch

• Extremophil