Die kleinen Regenmacher: wie Bakterien mit Wolkentropfen reisen

Die weit verbreiteten pflanzpathogenen Bakterien der Gattung „Pseudomonas Syringae“ zählen zu den effizientesten Eiskeimen in der Atmosphäre. Man findet sie nicht nur in landwirtschaftlichen Regionen und auf den Pflanzenblättern, sondern auch in dem frischen Schnee und Regenproben weit weg von den ursprünglichen Ökosystemen. Sie überleben nicht nur das Transport über die mehrere hundert Kilometer, sondern sind auch in der Lage sich in der Wolkentropfen zu vermehren. Mit Hilfe der eisaktiven Proteine, die auf der Außenseite der Zellmembran verankert sind, initiieren Bakterien das Gefrieren der unterkühlten Wolkentropfen, die dann durch Wasserdiffusion anwachsen und als Niederschlag zurück auf die Erdoberfläche wiederkehren.

Wie überleben die Bakterien das Gefrieren der Wolkentropfen? Unter welchen Bedingungen sind die Überlebenschancen am höchsten, und welche Faktoren spielen die wichtigste Rolle? Wir gehen auf diese Fragen ein indem wir mikroskopische Wassertropfen mit P. Syringae in einer elektrodynamischen Falle unter realistischen Bedingungen zum Gefrieren bringen, und dabei das Geschehen mit einer Hochgeschwindigkeitskamera beobachten. Die Tropfen werden anschließend aus der Falle herausgeholt und die Anzahl der überlebenden Bakterien über Koloniezählung ermittelt. Wir stellen dabei fest, dass die Bakterien besonders dann gute Überlebenschancen haben, wenn das Gefrieren der Tropfen viel Zeit in Anspruch nimmt und die Bakterien in der Lage sind, sich an die neuen Bedingungen anzupassen. Die Bakterien wirken dem schnellen Gefrieren entgegen, indem sie die Eisnukleation schon bei niedrigen Unterkühlungen initiieren. Die Permeabilität der Zellmembran für Wasser spielt dabei die entscheidende Rolle.