Zellen von Tiefseemuscheln folgen im Labor einem Tagesrhythmus

Zellen der Tiefseemuschel Bathymodiolus azoricus zeigen im Labor einen Rhythmus von etwa 24 Stunden, obwohl die Tiere in 1.700 Metern Tiefe weder Sonnen- noch Mondlicht erreicht. Ein Team der Universität Wien und der Partnerinstitutionen IFREMER in Frankreich, der Universität Oldenburg und des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, hat dafür erstmals Zellkulturen aus diesen Muscheln angelegt. Die Arbeit erschien in der Fachzeitschrift EMBO Reports.

Am Meeresboden folgen die Muscheln überwiegend dem Gezeitentakt von 12,4 Stunden. In den isolierten Zellen überwiegt dagegen der Tagesrhythmus von etwa 24 Stunden. Die Forschenden werten das als Hinweis auf eine deutliche Flexibilität der inneren Uhr.

Zellen aus dem Kühlschrank: Methode der Studie

Die Tiere leben auf dem Meeresboden rund um die Schlote und halten dort hohen Druck sowie heißes, metallreiches Wasser aus. Mit den Gezeiten wechselt auch die Strömungsrichtung dieser Flüssigkeit. Die Muscheln dürften daher Gezeitenrhythmen in ihrem Verhalten und ihrer Molekularbiologie zeigen.

Dem Team gelang es erstmals, Zellkulturen dieser Muscheln anzulegen; sie ließen sich im Labor über drei Jahre hinweg halten. Zellen werden im Labor üblicherweise bei 25 bis 37 °C gezüchtet. Die Muschelzellen wachsen dagegen im Kühlschrank bei Tiefseetemperaturen. Erstautorin Audrey Mat bezeichnet das als weltweit einzigartig; es ermögliche neue Einblicke in die Biologie dieser Tiere.

Die Zellen stammten aus Fußgewebe der Muscheln: fünf Zellkulturen aus fünf Tieren, die jeweils in 13 Proben aufgeteilt wurden. Die Experimente liefen unter konstanten Bedingungen. Die Muscheln selbst stammen aus 1.700 Metern Tiefe und wurden bis zu 13 Monate im Labor gehalten. Die Forschenden räumen ein, dass die Haltung bei Atmosphärendruck die Physiologie in unbekanntem Ausmaß beeinflusst.

Zusätzlich führte das Team Reporter-Tests durch. Dabei prüft man, ob bestimmte Erbgutabschnitte ein Leuchtsignal steuern. Verwendet wurden Bereiche vor dem Gen per der Muschel, die sogenannte E-Box-Motive enthalten. Die Sequenzen der bereits früher vorhergesagten zentralen Uhr-Gene wurden aus Muschel-cDNA kloniert.

Ergebnisse: Zentrale Uhr-Gene mit Besonderheiten

In den Zellkulturen fanden die Forschenden unter konstanten Bedingungen zirkadiane Transkripte, also Genprodukte mit einem Rhythmus von etwa einem Tag. Die Analyse der biologischen Prozesse ergab 35 angereicherte Begriffe mit einem p-Wert unter 0,01. Sie betreffen unter anderem die Herstellung von Makromolekülen, die Regulation der Genexpression, den Aufbau der Zellstruktur und den Abbau von Zellbestandteilen (Autophagie).

Für gezeitenabhängige Transkripte fanden sie in den Kulturen dagegen keine Anreicherung gegenüber dem Zufall. Eine mögliche Erklärung nennen sie selbst: Die Zellen könnten in ihrem Gezeitentakt nicht synchron laufen.

Die Tiefseemuscheln tragen die Kerngene der zirkadianen Uhr, wie man sie auch von Fliegen und Menschen kennt, laut Pressemitteilung mit spezifischen Modifikationen. Diese könnten ein Umschalten zwischen einem Gezeitenrhythmus von 12,4 Stunden und einem Tagesrhythmus von 24 Stunden ermöglichen, vermutlich über Änderungen in der Aktivität des Uhr-Gens period.

Die Reporter-Tests sprechen dafür, dass eine funktionierende Rückkopplungsschleife aus Genablesung und Proteinbildung (Transcription–Translation Feedback Loop, TTFL) auch in der Tiefsee zum zirkadianen Takt beiträgt. Das Muschel-Protein BazPeriod wirkt dabei nicht selbst bremsend, verändert aber die Wirkung von BazCry2. BazPeriod selbst schwankt im Gezeitentakt. Das könnte erklären, wie eine einzige innere Uhr Gezeiten- und Tagesrhythmen hervorbringt.

Die Forschenden diskutieren zwei Modelle. Nach dem einen erzeugt dieselbe Zelle je nach Verhältnis von Cry2 und Per beide Rhythmen. Nach dem anderen gibt es getrennte Zellen für Gezeiten- und Tagesrhythmus. Beide Modelle sind bisher nicht geprüft.

Einordnung

Die Tiefsee galt lange als Ausnahme ohne Rhythmen. An Hydrothermalquellen fehlt der Tag-Nacht-Wechsel, die Gezeiten prägen sie aber. Schon früher zeigte sich bei B. azoricus am Meeresboden neben dem Gezeitenrhythmus unerwartet auch ein Tagesrhythmus.

Für Muscheln aus dem nahen Vorkommen Menez Gwen in 800 Metern Tiefe zeigte eine frühere Studie ein anderes Bild. Unter einem Licht-Dunkel-Wechsel von 12:12 Stunden im Labor überwog bei ihnen ein Tagesrhythmus, daneben blieb ein Gezeitenrhythmus in den RNA-Daten bestehen. Ein schwaches Tagessignal in der Tiefsee und ein Gezeitensignal im Labor deuteten laut den Autoren auf eine oder zwei innere Uhren hin.

Bei Krebstieren wie Parhyale hawaiensis und Eurydice pulchra gilt das Gehirn als Kontrollzentrum der Uhren. Muscheln haben kein zentrales Gehirn, ihr Uhrwerk dürfte daher anders organisiert sein.

Aus Sicht der Forschenden ist die Kultur lebender Zellen auch ein praktischer Fortschritt. Sie verringert den Bedarf, Muscheln aus empfindlichen und schwer zugänglichen Lebensräumen zu entnehmen.

Die Koordinatorinnen der Studie, Kristin Tessmar-Raible und Marjolaine Matabos, verweisen auf den Schutz der Tiefsee. Sie gilt als eines der am wenigsten erforschten Ökosysteme und steht etwa durch den bevorstehenden Tiefseebergbau unter Druck. Dass diese Ökosysteme Zeitgebungssysteme besitzen, die so ausgefeilt sind wie jene an der Oberfläche, unterstreicht aus ihrer Sicht die Schutzwürdigkeit. An Land stören Eingriffe wie Licht oder Vibrationen zirkadiane Uhren. Tiefsee-Uhren seien sehr wahrscheinlich ebenso anfällig, mit erheblichen Folgen für Organismen und Ökosysteme, sagen die beiden. Das ist ihre Einschätzung, in der Studie wurde Störanfälligkeit nicht getestet.

Wie belastbar ist das?

• Es handelt sich um eine in einer Fachzeitschrift veröffentlichte Laborstudie an Zellkulturen von fünf Muscheln und Reportertests, nicht um Messungen an lebenden Tieren am Meeresboden.
• Die Zellen stammen aus Fußgewebe von Muscheln aus 1.700 Metern Tiefe, die im Labor bei normalem Atmosphärendruck gehalten wurden. Wie stark das die Physiologie verändert, ist unbekannt.
• In den Zellkulturen fanden sich keine signifikant angereicherten Gezeitentranskripte. Unklar ist, ob die Zellen nicht im Gezeitentakt synchronisiert waren oder die nötigen Mechanismen unter Laborbedingungen nicht aktiv sind.
• Zur Finanzierung und zu Interessenkonflikten liegen in den verfügbaren Angaben keine Details vor; sie sind im Volltext der Studie nachzulesen.
• Die Studie zeigt nicht, dass Tiefseebergbau die Uhren der Muscheln stört. Diese Annahme stammt aus der Einschätzung der Koordinatorinnen, getestet wurde sie nicht.
• Die Autoren betonen, dass auch unter echten Bedingungen an den Quellen andere Wechselwirkungen auftreten könnten; für diese Annahme gebe es bisher aber keine Belege.

Offene Fragen

Das Modell, wie ein einzelnes Uhrwerk Gezeiten- und Tagesrhythmen erzeugen kann, ist bisher ein Arbeitsmodell.

Die Forschenden sehen in den Zellkulturen die Grundlage für künftige genetische Untersuchungen an Tiefseeorganismen. Die daraus abgeleiteten Hypothesen sollen später unter ökologisch realistischen Bedingungen oder direkt im Feld überprüft werden. Ob die Ergebnisse auch für andere Tiefseearten oder für die Tiere in ihrem natürlichen Lebensraum gelten, hat das Team nicht untersucht.

Weitere Quellen

• Pressemitteilung „Uhren von Tiefseemuscheln ticken im Tag-Nachtrhythmus“, Informationsdienst Wissenschaft (idw). Quelle, abgerufen am 02.11.2026

So entstand diese Meldung: Bei der Recherche und beim Schreiben hat eine KI mitgearbeitet. Grundlage sind die Originalstudie und die oben genannten Quellen. Die Redaktion prüft Zahlen, Zitate und Aussagen gegen diese Quellen, bevor die Meldung erscheint. Das Bild ist ebenfalls KI-generiert.