Jack Cook, Woods Hole Oceanographic Institution.

Enzyme sind für das Leben, wie wir es auf der Erde verstehen, unerlässlich. Aber wenn sie einmal an den Reaktionen teilgenommen haben, an denen sie beteiligt sind, welchen Sinn hat es dann, wenn diese teuer synthetisierten Makromoleküle in der Zelle herumliegen und auf ihre nächste Substratmahlzeit warten? Vor allem, wenn diese Enzyme auch andere Materialien wie Eisen in ihrer Struktur einschließen. Und was ist, wenn der Wirtsorganismus der Enzyme in einer nährstoffbegrenzten Umgebung existiert, z HNLC (nährstoffreiche – chlorophyllarme) Meeresgebiete (die trotz ausreichender Versorgung mit den wichtigsten limitierenden Nährstoffen – N und P – bekanntermaßen eine geringe Primärproduktivität aufweisen, die aber einen niedrigen Fe-Gehalt haben)? Wäre es dann nicht großartig, wenn die Nicht-Enzym-Komponente geteilt oder in andere Verbindungen recycelt werden könnte, bis diese Enzyme wieder benötigt werden? Science-Fiction? Vielleicht nicht: Geben Sie das Cyanobakterium ein Crocosphaera watsonii (Ja, ich weiß, es ist ein Prokaryot, aber es ist auch ein Autotroph, daher ist es für mich eine Pflanze!). Arbeiten mit der marinen N-fixierenden (diazotrophen) Mikrobe C. watsonii, Mak Saito et al. (PNAS; doi:10.1073/pnas.1006943108) haben einen großen täglichen Zyklus von Variationen in eisenhaltigen Proteinen entdeckt, die an der Photosynthese (während des Tages) und der N-Fixierung (während der Nacht) beteiligt sind. Der tägliche Auf- und Abbau von Enzymen führt zu einem „erniedrigten zellulären Metalloenzyminventar“, das ca. 40 % weniger Eisen, als wenn diese Enzyme während des gesamten Diätzyklus beibehalten würden. Obwohl diese Strategie im Hinblick auf den Energieaufwand teuer ist, wird sie in einer eisenarmen Umgebung als großer Vorteil angesehen. Als Konsequenz, Krokosphaera kann sowohl eisenarme Regionen bewohnen als auch eine höhere Biomasse- und Stickstofffixierung erreichen, als sie es sonst dort erreichen würde. Etwas so Elegantes muss einfach wahr sein. Oder, um es zu paraphrasieren Voltaire, wenn es diesen eisenbindenden Dielzyklus nicht gäbe, müssten wir ihn erfinden . Zweifellos ist Eisen – „rostiges Gold“, um den Titel dieses Artikels zu rechtfertigen – in diesen nährstoffarmen Umgebungen weitaus wertvoller als sein glänzenderer aurischer Namensvetter. Das aktuelle Mantra in der Welt des Ressourcenmanagements lautet „die drei Rs“ – Reduzieren, Wiederverwenden, Recyceln. Crocosphaera watsonii scheint die Wiederverwendung und das Recycling von Eisen zu umfassen, was wiederum die Abhängigkeit von externen Quellen dieses essentiellen Nährstoffs verringert. Drei von drei sind überhaupt nicht schlecht! Und etwas, wovon wir Menschen lernen könnten? Interessanterweise haben Christel Hassler und Mitarbeiter zu einem ähnlichen – „Mikromanagement knapper Ressourcen“ – Thema (PNAS 108: 1076–1081, 2011) haben entdeckt, dass anderes (eukaryotisches) marines Phytoplankton die Bioverfügbarkeit von Eisen verbessern kann, indem es Saccharide absondert, die das Metall chelatisieren. Süss!