Vor rund zwei Milliarden Jahren passierte auf der Erde etwas Revolutionäres: Aus einfachen Mikroben entstanden plötzlich Zellen mit erstaunlicher Komplexität – mit Zellkern, inneren Strukturen und Mitochondrien, also winzigen „Kraftwerken“. Ohne diesen Schritt gäbe es heute weder Tiere noch Pflanzen noch Menschen. Doch wie genau dieser Übergang stattfand, gehört bis heute zu den großen Rätseln der Evolution. Eine neue Studie im Fachjournal Nature eines Forschungsteam der University of Texas in der USA liefert nun überraschende Hinweise darauf, und rückt dabei eine Gruppe kaum bekannter Mikroorganismen ins Rampenlicht: die Asgard-Archaeen.
Alle komplexen Lebewesen bestehen aus sogenannten eukaryotischen Zellen. Im Gegensatz zu Bakterien besitzen sie einen Zellkern und Mitochondrien. Nach heutigem Verständnis entstand diese Zellform, als ein urtümlicher Mikroorganismus ein Bakterium aufnahm. Aus diesem Mitbewohner wurden im Laufe der Evolution die Mitochondrien. Doch über den ursprünglichen „Wirtsorganismus“, der diese Partnerschaft einging, wusste man bisher erstaunlich wenig.
Hier kommen die Asgard-Archaeen ins Spiel. Diese Mikroorganismen wurden erst vor wenigen Jahren entdeckt, meist in Sedimenten am Meeresboden oder in anderen extremen Umgebungen. Genetisch stehen sie den Vorfahren der Eukaryoten so nahe wie keine andere bekannte Gruppe. Viele Forschende betrachten sie deshalb als die nächsten lebenden Verwandten unserer eigenen zellulären Ursprünge.
Für ihre neue Studie analysierten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler DNA aus Sedimentproben aus aller Welt. Mithilfe moderner Sequenzierungstechniken konnten sie mehr als 13.000 mikrobielle Genome rekonstruieren, darunter über 400 neue Genome von Asgard-Archaeen. Das Ergebnis: Diese Mikroben sind offenbar viel verbreiteter und vielfältiger, als man bisher angenommen hatte.
Besonders aufschlussreich war der Blick auf die Gene dieser Organismen. Viele der untersuchten Archaeen besitzen genetische Baupläne für Enzyme, die Sauerstoff nutzen können – ein Hinweis darauf, dass sie möglicherweise eine Form der Sauerstoffatmung betreiben. Das stellt eine verbreitete Annahme infrage. Lange dachte man, der Vorfahr der komplexen Zellen habe ausschließlich ohne Sauerstoff gelebt. Stattdessen scheint es möglich, dass dieser Organismus bereits an eine Welt angepasst war, in der Sauerstoff zunehmend verfügbar wurde.
Die Forschenden fanden außerdem zahlreiche Gene für Enzyme, die Wasserstoff im Stoffwechsel verarbeiten. In vielen mikrobiellen Ökosystemen dient Wasserstoff als Energieträger zwischen verschiedenen Arten. Genau solche Wechselwirkungen könnten einst die Grundlage für die berühmte Symbiose gewesen sein – jene enge Partnerschaft zwischen zwei Mikroben, aus der schließlich die erste komplexe Zelle entstand.
Die Studie zeichnet damit ein differenzierteres Bild vom Ursprung komplexen Lebens. Der Vorfahr der Eukaryoten war möglicherweise kein einfacher Mikroorganismus, der strikt ohne Sauerstoff lebte. Stattdessen könnte er ein anpassungsfähiger Mikroorganismus mit vielseitigem Stoffwechsel gewesen sein, und somit gut vorbereitet für eine Zusammenarbeit mit anderen Mikroben.
Diese Partnerschaft sollte schließlich eine der erfolgreichsten Innovationen der Evolution hervorbringen: die eukaryotische Zelle, die Grundlage allen komplexen, mehrzelligen Lebens auf der Erde.
Quelle: Nature
