Starr, aber beweglich: Geheimnis der Kieselalge gelüftet
Stellen Sie sich vor, Sie stecken in einem Ganzkörper-Gipsverband und sollen trotzdem einen Marathon laufen. Kieselalgen machen täglich etwas Ähnliches, seit Millionen von Jahren. Diese winzigen, einzelligen Algen sind vollständig von einer Hülle aus Silikat umgeben, einem glasartigen Material, das hart und unbeweglich ist. Kein Bein, kein Flügel, kein Flimmerhaar.
Und dennoch gleiten sie über Oberflächen, drehen sich in engen Kreisen oder bewegen sich plötzlich in eine andere Richtung. Wie das funktioniert, war lange unklar. Forschende am B CUBE – Center for Molecular Bioengineering der TU Dresden haben nun eine überraschend einfache Erklärung gefunden.
Stundenlang Algen beim Gleiten zugeschaut
Das Team um Prof. Stefan Diez und Dr. Nicole Poulsen filmte Hunderte einzelner Kieselalgen über viele Stunden hinweg. Mit hochauflösenden Kameras und speziellen Mikroskopen verfolgten die Forschenden jede kleinste Bewegung. "Es überraschte uns, dass sich ihre Bewegung abrupt ändern konnte – von nahezu geraden Linien zu engen Kreisbewegungen – was für eine Zelle, die von einer starren Glaswand umgeben ist, sehr kontraintuitiv ist", sagt Dr. Stefan Golfier, Autor der Studie.
Der Schlüssel liegt in winzigen, gebogenen Schlitzen in der Zellwand, sogenannten Raphe-Ästen. Über sie überträgt die Alge Kräfte auf die Oberfläche und schiebt sich vorwärts. Entscheidend ist, welcher Abschnitt dieser Schlitze gerade Kontakt zur Oberfläche hat. "Immer wenn eine Kieselalge eine Seite anhebt, beginnt die Zelle sich stark zu drehen. Wenn beide Seiten Kontakt mit der Oberfläche haben, bewegt sich die Zelle geradlinig", erklärt Golfier. Die Alge steuert also, indem sie ihre starre Hülle leicht kippt. Ähnlich wie ein Schiff, das seine Lage im Wasser verändert, um den Kurs zu ändern.
Was Forschende daraus lernen können
Um den Mechanismus besser zu verstehen, arbeitete das Dresdner Team mit theoretischen Physikern der Universität Heidelberg zusammen. Gemeinsam entwickelten sie ein mathematisches Modell, das die Form der Raphe-Äste mit den beobachteten Bewegungen verknüpft. Die Berechnungen passten gut zu den experimentellen Beobachtungen.
Kieselalgen sind nicht irgendwelche Algen. Sie produzieren große Mengen Sauerstoff und nehmen Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf. Ihr Bewegungsrätsel zu lösen, ist also nicht nur faszinierend. Es zeigt auch, wie biologische Systeme Bewegung mit sehr einfachen physikalischen Mitteln steuern können. "Wir haben ein einfaches physikalisches Prinzip aufgedeckt, das es einer starren Einzelzelle ermöglicht, sich dynamisch zu orientieren", sagt Prof. Stefan Diez. Diese Erkenntnisse könnten langfristig die Entwicklung winziger, robuster Maschinen inspirieren, etwa für Mikrosystemtechnik, Medizin oder Materialforschung.
Vor allem aber lösen sie ein biologisches Rätsel, das Forschende seit Jahrzehnten beschäftigt.
Originalpublikation:
Stefan Golfier, Veikko F. Geyer, Leon Lettermann, Ulrich S. Schwarz, Nicole Poulsen, Stefan Diez: Dynamic switching of cell-substrate contact sites allows gliding diatoms to modulate the curvature of their paths. PNAS (April 2026)
