Biologie: Überlebenskünstler

Israelische Wissenschafter brachten 2000 Jahre alten Dattelsamen zum Keimen. Eine österreichische Forscherin erweckt Bakterien zum Leben, die womöglich Millionen Jahre alt sind. Könnten auch Menschen tiefgefroren Jahrhunderte überleben?

Es grenzt an ein Wunder. Aus einem 2000 Jahre alten Dattelkern keimten zuerst zartgrüne, winzige Blätter, schließlich eine kleine Palmenpflanze. Sarah Sallon, Gründungsdirektorin des Louis Borick Natural Medicine Research Centers in Jerusalem, war vom Ausgang ihres Versuchs selbst überrascht. Ihre Forscherkollegen von der Abteilung für botanische Archäologie der Bar-Ilan-Universität in Ramat Gan bei Tel Aviv hatten Sallon zuerst für verrückt gehalten. Ende des Vorjahres hatte die Forscherin um ein paar jener Dattelkerne gebeten, welche schon vor 30 Jahren im Bereich der antiken Felsenfestung Massada am Toten Meer ausgegraben worden waren. Die nach der Radiokarbonmethode vorgenommene Altersbestimmung hatte ergeben, dass die Kerne aus der Zeit um Christi Geburt stammen.

Der Züchtungserfolg der israelischen Forscherin erregte im heurigen Frühjahr weltweites Aufsehen. Wurde damit etwa der Beweis erbracht, dass Lebenskeime Jahrhunderte oder Jahrtausende überdauern und dabei ihr Potenzial für neues Leben behalten können? Könnte es womöglich – auf ähnliche Weise wie im Filmopus „Jurassic Park“ – sogar gelingen, aus im Permafrost tiefgekühlten Mammut-Überresten neue Mammuts zu züchten, wie es japanische Forscher beabsichtigen? Und könnte eines Tages die Vision reicher US-Bürger Realität werden, ihre nach dem Tod tiefgefrorenen Leichname irgendwann wieder zum Leben zu erwecken?

Aus tiefgekühlten Eizellen oder Embryonen entstandene Babys gehören allmählich zur medizinischen Routine. Ob auch aus tiefgefrorenen Leichen irgendwann neues Leben hervorgehen könnte, bleibt vorerst jedoch Spekulation. Der Versuch mit der Dattelpalme lässt derartige Szenarien aber jedenfalls nicht unrealistischer werden.

Vor zehn Jahren hatte Pflanzenforscherin Sallon das Louis-Borick-Zentrum gegründet, um Heilpflanzen aus verschiedenen Weltgegenden wissenschaftlich zu erforschen und alte Pflanzensorten für die Zukunft zu erhalten. In der Antike galten Datteln als wirksam gegen Infektionen, als Abführmittel und als Aphrodisiakum. Jene Dattelpalmenart, die in der Antike zwischen See Genezareth und Totem Meer verbreitet war und von dem die Massada-Kerne stammen, ist inzwischen ausgestorben. Letzte Reste dieser Spezies wurden in der Zeit der Kreuzritter abgeholzt. Die heute in Israel angepflanzten Dattelpalmen stammen aus einer anderen, ursprünglich im Irak heimischen Variante, die in den fünfziger Jahren aus Kalifornien importiert worden war.

Um die uralten, vertrockneten Dattelkerne aufzuweichen, wurden diese zunächst mit Heißwasser, verdünnter Säure und Wachstumshormonen behandelt, anschließend in vier mit Erde gefüllte Zuchttöpfe gebettet und tropfbewässert. Nach sechs Wochen war in drei der Töpfe keinerlei Veränderung zu sehen, aber im vierten brach die Erde auf, nach und nach bohrte sich ein zartes Pflänzchen ans Licht. Die ersten zwei Blätter waren bleich und verkümmert, das dritte bereits kräftig. Inzwischen sprossen bei dem nun etwa 30 bis 35 Zentimeter großen Palmenbäumchen, auf den Spitznamen Methusalem getauft, schon sieben Blätter, von denen eines für eine DNA-Analyse gepflückt wurde.

Aus der Sequenz der DNA-Basen erhofft sich Sallon Hinweise auf eventuelle Unterschiede zu heutigen Dattelpalmen, etwa pharmakologische Eigenschaften der damaligen Palmen, die heutige Exemplare nicht mehr besitzen. Schon jetzt ist erkennbar, dass eines der sieben Blätter deutlich länger ist als vergleichbare Blätter heutiger Dattelpalmen.

Noch sind die DNA-Analysen nicht ausgewertet. Vorerst ist auch unklar, ob das Gewächs überleben wird. Pflanzen aus sehr alten Kernen gehen oft ein, da die Speicherstoffe des Samens im Laufe der Jahrhunderte verbraucht worden sind. Dattelpalmen werden bis zu 200 Jahre alt und tragen erst nach etwa 30 Jahren Früchte. Falls die Pflanze überlebt, wird es also lange dauern, bis man sie vermehren kann. Eine ungeschlechtliche Vermehrung durch Sprossteile, und damit eine Erhaltung der speziellen Eigenschaften der Datteln, wird nur möglich sein, falls die Palme weiblich ist. Nur dann wird es, ungefähr im Jahr 2035, möglicherweise erste Methusalem-Datteln geben.

Salzbakterien. Die Überlebensdauer keimfähiger Pflanzensamen stößt hier, wie es scheint, an biologische Grenzen. Aber offenbar kennt die Biologie Organismen, für die solche Grenzen nicht gelten, sodass sie sehr viel längere Zeiträume überleben können, wie die österreichische Mikrobiologin Helga Stan-Lotter vom Institut für Genetik und Allgemeine Biologie der Universität Salzburg berichtet. Vor mehr als 200 Millionen Jahren, im Zeitalter des Perm, Millionen Jahre vor dem Entstehen der Dinosaurier, befand sich auf jenem Teil der Erdkruste, der heute die Alpen trägt, ein Ozean namens Zechstein-Meer. Durch Verdunsten des Meerwassers entstanden große Salzablagerungen, die heute in Bergwerken des Salzkammerguts abgebaut werden. In Bohrkernen aus 600 bis 700 Meter tiefen Salzstöcken entdeckte Stan-Lotter höchst ungewöhnliche Mikroorganismen. Noch ist es nicht endgültig bewiesen, aber höchstwahrscheinlich sind die von der Mikrobiologin entdeckten Bakterien hunderte Millionen Jahre alt. Konserviert im Salz, haben diese winzigen Lebewesen, wie es scheint, in einer Art Ruhezustand mit fast stillstehendem Stoffwechsel die Saurierzeit, das Tertiär und die Eiszeit überdauert.

Ein Kilogramm Salzgestein enthält allerdings nur wenige Zellen dieser uralten Lebensformen. Stan-Lotter und ihr Team schafften es aber, einige dieser salzliebenden Archaebakterien in einer 20-prozentigen Kochsalzlösung zum Leben zu erwecken und zu vermehren. Nach ihrem offenbar Millionen Jahre langen Ruhezustand dauerte es zumeist bis zu zwölf Monate, bis die Zellen wieder aktiv wurden und sich zu teilen begannen. Erst wenn genügend Nachkommen entstanden sind, kann man an diesen Mikroorganismen weitere Untersuchungen anstellen.

Die Salzburger Wissenschafter versuchen nun, die Strategien für die Langzeit-Lebensfähigkeit dieser Lebewesen zu erkunden. „Vielleicht finden wir ,Konservierungsmoleküle‘, deren Eigenschaften wir uns nutzbar machen könnten“, hofft Stan-Lotter. Die Mikrobiologin, die früher am Ames Research Center der NASA in Kalifornien gearbeitet hatte, publizierte erst kürzlich gemeinsam mit Kollegen aus Wien und Sydney eine wissenschaftliche Arbeit, die darlegt, dass Salzbakterien der Gattung Halobacterium salinarium und Halococcus dombrowskii imstande sind, Extrembedingungen wie das Auskristallisieren des Salzes, sehr niedrigen Luftdruck oder Temperaturen bis minus 70 Grad Celsius zu überleben. Demnach wäre es denkbar, dass auch in Salzsedimenten am Mars konservierte Lebensformen früherer Epochen zu finden sind, glaubt die Forscherin.

Gefrierleichen. Nicht nur Salz, auch Eis eignet sich gut zur Konservierung von Mikroorganismen, wie US-Wissenschafter im vergangenen Februar im „International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology“ berichteten. In 32.000 Jahre alten Eisschichten aus Alaska hatten die Forscher neben Mammutknochen auch Bakterienzellen gefunden, die erfolgreich wiederbelebt werden konnten und auf den Namen Carnobacterium pleistocenium getauft wurden.

Ließe sich auf ähnliche Weise auch höheres Leben konservieren, etwa tierisches oder menschliches Leben? Fest steht, dass menschliche Spermien und aus wenigen Zellen bestehende menschliche Embryonen, etwa in Zusammenhang mit der In-Vitro-Befruchtung, über sehr lange Zeiträume eingefroren und unbeschadet wieder aufgetaut werden können. 1953 gelang die erste Schwangerschaft einer Frau nach einer Befruchtung mit vorher auf unter minus 150 Grad eingefrorenem Sperma. 1984 wurde in Australien erstmals ein aus einem tiefgefrorenen Embryo entstandenes Baby geboren.

Inspiriert vom unbeschadeten Einfrieren von Sperma, gründete eine Gruppe von japanischen Wissenschaftern und Geschäftsleuten 1997 die Creation of Mammoth Association (Vereinigung zur Schöpfung eines Mammuts). Der 64-jährige Geschäftsmann Kazutoshi Kobayashi, der angesehene Veterinär-Reproduktionsfachmann Kazufumi Goto von der Universität Kagoshima und der Gentechniker Akira Iritani von der Universität Kinki wollen im sibirischen Permafrost entdeckte, tiefgefrorene Mammutkadaver auf lebensfähige Spermazellen untersuchen. Diese würde man in eine Eizelle des relativ nahe verwandten Indischen Elefanten injizieren und von diesem austragen lassen. Zweite Möglichkeit wäre das Klonen einer gut erhaltenen Körperzelle eines Mammutkadavers. Die Erfolgsaussichten sind jedoch gering, da die DNA der Mammutkadaver höchstwahrscheinlich nur bruchstückhaft erhalten ist und man nichts über die genetische Verträglichkeit zwischen Mammut und Indischem Elefanten weiß. Seit einer überoptimistischen Presseaussendung vor mehreren Jahren gab es von der Gruppe jedenfalls keine Neuigkeiten mehr.

In dem 1984 gedrehten, wenig anspruchsvollen amerikanischen TV-Film „Iceman – Der Mann, der aus dem Eis kam“ tauen Wissenschafter einen im Eis konservierten Neandertaler auf und erfahren von ihm, wie man in der Eiszeit lebte. Mit der höchst vagen Aussicht, dass Derartiges irgendwann tatsächlich möglich werden könnte, betreiben – vorwiegend in den USA – tätige Vereine ihr Geschäft, indem sie gegen Zahlung erheblicher Beiträge frisch verstorbene Menschen einfrieren. In der Hoffnung, in späteren Jahrhunderten werden irgendwann Möglichkeiten zur Wiederbelebung, Heilung oder sogar Verjüngung entwickelt, verfügen die Kunden solcher Institute vor ihrem Tod testamentarisch die Tiefkühlung ihrer Leichname (siehe Kasten Seite 102). Je nach Preis wird entweder der komplette Leichnam oder aber nur der Kopf konserviert, um diesen irgendwann auf einen „frischen“ Körper transplantieren zu können.

Nach derzeitigem Wissensstand machen diese Aktionen keinen Sinn. Laut Günter Fuhr, Direktor des mit seriöser Forschung befassten Fraunhofer-Instituts für Biomedizinische Technik im saarländischen St. Ingbert, können nur kleine Gewebestücke tiefgekühlt und ohne Schaden wieder aufgetaut werden. Dies deshalb, weil ein Gefrierschutzmittel in die Zellen eingebracht werden muss, das ein Auskristallisieren des Wassers und die dadurch verursachte Zerstörung wichtiger Zellteile verhindert. Außerdem sind ganz bestimmte Abkühlungsgeschwindigkeiten einzuhalten, um Schäden zu verhindern. Bei kleinen Zellgruppen wie Embryonen ist dies leicht durchführbar. Bei einem kompletten, soeben verstorbenen Menschen ließe sich die Wärme nicht rasch genug aus dem Leichnam ableiten, und das Gefrierschutzmittel würde kaum alle Körperzellen erreichen. „Daher ist mit hoher Gewissheit davon auszugehen, dass die mancherorts eingefrorenen Menschen niemals wieder zum Leben erweckt werden können“, erklärt Fuhr. Beim Einfrieren von Menschen würden Gewebeteile nach dem Wiederauftauen Risse aufweisen. Herz, Hirn und andere Organe wären äußerlich gut erhalten, die Zellen jedoch funktionell unbrauchbar (etwa durch Zerstörung der Membranen).

Einige Fische, Frösche, Insekten, Algen und Bakterien frieren jedoch tatsächlich im Boden oder im Wasser bis auf minus 30 Grad Celsius ein und halten dies Tage oder sogar Monate aus. Die Blutzirkulation tierischer Lebewesen kommt dabei fast oder ganz zum Stillstand, die Zellen werden weit gehend entwässert, und die großen Moleküle in den Zellen werden durch spezielle Gefrierschutzsubstanzen geschützt. Fische in der Antarktis schützen sich mit zuckerhaltigen Glykoproteinen und verlangsamen ihren Stoffwechsel. Herz und Kreislauf stehen beim Einfrieren im Extremfall sogar still, im Gewebe wird ein ganz schwacher Stoffwechsel mittels Reserven der Substanz Stärke aufrechterhalten. So können die Fische Temperaturen bis zu minus sieben Grad aushalten.

Frostschutzmittel. Die Puppe des Schwalbenschwanz-Schmetterlings überlebt sogar Temperaturen bis minus 30 Grad, weil sie in den Zellen Glyzerin lagert, das statt großer nur kleine, günstiger geformte Eiskristalle entstehen lässt. Kaum einen Millimeter große, im Moos lebende „Bärtierchen“ (Tardigrada) ersetzen das Wasser im Körper teilweise durch die Zuckerverbindung Trehalose und senken ihren Wassergehalt auf unglaubliche zwei Prozent. Derart ausgetrocknet, überstehen sie jahrelange Hitze- oder Kälteperioden, bis Wasser sie wieder zum Leben erweckt. Trotzdem leben diese Organismen auf einem unglaublich reduzierten Niveau weiter und sind nicht zu einem Festkörper erstarrt wie die Leichen in flüssigem Stickstoff.

Also keine Chance, dass irgendwann in Zukunft Organe oder sogar ganze Menschen tiefgefroren konserviert werden können? Arthur Rowe, Herausgeber der seriösen Zeitschrift „Cryobiology“, meint jedenfalls skeptisch: „Eine tiefgefrorene Leiche wieder zum Leben zu erwecken wäre etwa so, als wolle man einen Hamburger von McDonald’s in eine Kuh zurückverwandeln.“

Von Gerhard Hertenberger