Soziale Amöben verständigen sich offenbar nicht nur über chemische Botenstoffe. Ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Leibniz-Instituts für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie hat winzige Membrantunnel zwischen benachbarten Zellen nachgewiesen. Durch diese „Nano-Pipelines“ können die Einzeller sogar wichtige Zellbestandteile transportieren.

Die Entdeckung könnte neue Hinweise darauf liefern, wie sich im Verlauf der Evolution aus einzelnen Zellen komplexe vielzellige Lebensformen entwickelten. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal „PNAS Nexus“ veröffentlicht.

Direkte Verbindung zwischen einzelnen Amöben

Soziale Amöben leben gewöhnlich als einzelne Zellen im Boden. Wird die Nahrung knapp, schließen sie sich jedoch zu mehrzelligen Fruchtkörpern zusammen. Deren Sporen können anschließend an neue, nahrungsreichere Orte gelangen.

Bislang ging die Forschung vor allem davon aus, dass sich die Einzeller über chemische Signale verständigen, die sie in ihre Umgebung abgeben.

Das internationale Team konnte nun zeigen, dass die Amöben zusätzlich direkte Verbindungen aufbauen. Bei den sogenannten „Tunneling Nanotubes“ handelt es sich um besonders feine Membranschläuche zwischen einzelnen Zellen.

Diese Tunnel können mehr als 200 Mikrometer lang werden. Gemessen an der Größe einer Amöbe entspricht das einer erheblichen Entfernung.

Beobachtung war technisch schwierig

Die Forschenden nutzten hochauflösende Live-Mikroskopie, um die kurzlebigen Verbindungen sichtbar zu machen.

„Die mikroskopischen Tunnelleitungen auf Bildern festzuhalten, war für uns eine echte technische Herausforderung“, erklärt Erstautor Dr. Harikumar R. Suma.

Amöben reagieren empfindlich auf helle Lichtquellen und bewegen sich bei Beleuchtung schnell davon. Dadurch reißen die dünnen Tunnel leicht ab und sind häufig nur für kurze Augenblicke zu erkennen.

Das Forschungsteam musste deshalb bei der Beobachtung mit den beweglichen Zellen Schritt halten.

Gestresste Amöben bauen 25-mal mehr Tunnel

Besonders überraschend war das Verhalten der Einzeller unter erschwerten Bedingungen.

Die Wissenschaftler beeinträchtigten gezielt das innere Zellgerüst der Amöben. Dieses Zellskelett gibt den Zellen ihre Form, ermöglicht Bewegung und stabilisiert zugleich die Nanoröhren.

Eigentlich wäre zu erwarten gewesen, dass die geschwächten Zellen weniger Tunnel bilden. Tatsächlich geschah jedoch das Gegenteil: Die Amöben produzierten unter diesen Bedingungen rund 25-mal so viele Verbindungen wie unter normalen Umständen.

Mitochondrien wandern durch die Nanoröhren

Im Inneren der Tunnel beobachteten die Forschenden den Transport verschiedener Zellbestandteile.

Dazu gehörten auch Mitochondrien, die häufig als „Kraftwerke der Zellen“ bezeichnet werden. Sie spielen eine zentrale Rolle bei der Energieversorgung einer Zelle.

Auch während des Stresstests wurden Mitochondrien und andere Zellbestandteile zwischen benachbarten Amöben ausgetauscht.

„Dieses Verhalten erinnert an eine Art zelluläres Erste-Hilfe-Netzwerk“, sagt Suma.

Die Einzeller könnten die Tunnel möglicherweise nutzen, um geschwächte Nachbarzellen mit wichtigen Bestandteilen zu versorgen. Welche genaue Funktion der Transport unter Stress erfüllt, sollen weitere Untersuchungen klären.

Möglicher Baustein bei der Entstehung komplexen Lebens

Ähnliche Tunnelverbindungen waren bislang vor allem aus Säugetierzellen und Bakterien bekannt.

Dass nun auch vergleichsweise ursprüngliche Einzeller diese Kommunikationsform beherrschen, ist für die Evolutionsforschung von besonderem Interesse.

„Damit sich im Laufe der Evolution vielzelliges Leben entwickeln konnte, mussten einzelne Zellen lernen, eng miteinander zu kooperieren“, erklärt Professor Pierre Stallforth von der Universität Jena und dem Leibniz-HKI.

Die Nanoröhren könnten ein direkter Mechanismus gewesen sein, mit dem frühe Zellen Informationen und Bestandteile austauschten. Solche Formen der Zusammenarbeit könnten später die Entstehung vielzelliger Organismen unterstützt haben.

Internationale Zusammenarbeit

An der Untersuchung waren Forschende aus mehreren Ländern beteiligt.

Robert R. Kay vom MRC Laboratory of Molecular Biology in Cambridge brachte seine langjährige Erfahrung mit der sozialen Amöbe Dictyostelium ein.

Sandeep M. Eswarappa vom Indian Institute of Science in Bengaluru ergänzte die Studie mit seiner Expertise zu Tunneling Nanotubes in Säugetierzellen.

Von deutscher Seite waren Harikumar R. Suma und Pierre Stallforth vom Leibniz-HKI sowie Forschende des Jenaer Exzellenzclusters „Balance of the Microverse“ beteiligt.

Das Projekt wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen der Exzellenzstrategie gefördert.

Quellen

  • Friedrich-Schiller-Universität Jena und Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie: Pressemitteilung „Amöben als Tunnelbaumeister“.
  • Harikumar R. Suma, Robert R. Kay, Sandeep M. Eswarappa und Pierre Stallforth: „Nanotubes enable intercellular communication in early-branching eukaryotes“, PNAS Nexus, Juli 2026.
    https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgag238