Wie aus Einzellern komplexes Leben entstand: Schlüsselorganismen der Asgard-Archaeen sind heute noch in der Natur zu finden.
Wien. Eines der Rätsel der Wissenschaft ist die Entstehung von komplexem Leben. Vor rund 3,8 Milliarden Jahren entstanden die ersten Einzeller auf der Erde. Es begann mit Bakterien und Archaeen, deren Lebensgemeinschaften mitunter mächtige Matten und Polster bildeten. Die frühesten fossilen Eukaryoten, die bereits Zellkerne und Organellen hatten und später zu Pilzen, Pflanzen, Tieren und Menschen wurden, sind 1,8 Milliarden Jahre alt. Wie aus den ersten Organismen jedoch komplexe Lebewesen entstanden, war bisher eine offene Frage. Ein internationales Wissenschafterteam unter Federführung der schwedischen Universität Uppsala scheint der Antwort einen entscheidenden Schritt näher gekommen zu sein.
Während Bakterien und Archaeen simpel aufgebaut sind, sind Eukaryoten reich an größeren und komplexen Zelltypen. Der Ursprung dieser Vielschichtigkeit fasziniert die Wissenschaft. Im Fachjournal "Nature" berichtet das um Forscherteam um Thijs Ettema nun über eine neu entdeckte Gruppe von Mikroorganismen, die Aufschluss geben über den evolutionären Übergang von Einzellern zu Mehrzellern.
Der Hintergrund ist eine Pionierarbeit, in der der US-Evolutionsbiologe Carl Woese nachweisen konnte, dass komplexe und einfache Zellen die gleichen Ursprünge haben. Demnach hatten Eukaryoten und Archaeen die gleichen Ur-Ahnen. Woese konnte nachweisen, dass die Symbiose - ein Prozess, bei dem zwei Zelltypen besonders eng zusammenarbeiten - in dieser Stufe der Evolution eine entscheidende Rolle spielte. In dem symbiotischen Prozess agierten die Archaeen als Wirte, die bakterielle Zellen aufnahmen, was im Endeffekt zur Entstehung der Eukaryoten führte. Ob die Symbiose die Ursache oder die Konsequenz der Evolution war, ist offen.
Die schwedischen Forscher haben nun zusammen mit Kollengen aus den USA, Japan, Dänemark und Neuseeland eine neue Gruppe von Archaeen entdeckt, die der Schlüssel sein könnten zur Entstehung von komplexem Leben. Mit nach eigenen Aussagen neuen Methoden haben sie das Genom von in der Natur vorkommenden Mikroben untersucht, die im Labor nicht gezüchtet werden könnten. "Dabei haben wir Archaeen identifiziert, die mit jenen Wirtszellen verwandt sind, aus denen eukaryotische Zellen entstanden", wird Ettema in einer Aussendung seiner Universität zitiert.
Bereits im Jahr 2015 hatten Ettema und seine Kollegen vom Department für Molekulare Zellbiologie in Uppsala eine grundlegende Arbeit des Fachgebiets publiziert. Sie beschrieben das Genom von "Loki", einer Archaee, die auf dem Meeresboden lebt und sich als nächster mikrobieller Verwandter von komplexem Leben entpuppte. Die neue Studie erhärtet die frühere Arbeit, denn Loki hat damit Familienzuwachs bekommen. "Wir nennen die neuen Archaeen-Arten Thor, Odin und Heimdall nach den nordischen Göttern. Zusammen mit Loki bilden sie die sogenannten Asgard-Archaeen", erläutert Ko-Autorin Eva Fernandez-Caceres. Somit stammt komplexes Leben von Verwandten von Loki, Thor, Odin und Heimdall. "Interessanterweise finden sich alle Asgard-Archaeen mit Ausnahme von Loki überall auf der Welt, nicht nur am Boden des Ozeans. Besonders in Sedimenten sind sie reichlich vorhanden", so Fernandez-Caceres.
Spezielle Gene zur Bildungvon komplexen Strukturen
Für die noch viel größere Überraschung sorgten allerdings Gen-Analysen der Asgard-Archaeen. Sie teilen laut den Forschern "viele Gene" mit solchen, die bisher nur in Eukaryoten gefunden wurden - inklusive jener, die an der Bildung von komplexen Zell-Strukturen beteiligt sind. "Das deutet darauf hin, dass diese Archaeen bereits dafür gerüstet waren, komplexer zu werden", sagt die Ko-Autorin Anja Spang: "Allerdings haben wir noch kein klares Bild, auf welche Art und Weise das vor sich gegangen ist."
Als Nächstes wollen die Wissenschafter Asgard-Zellen isolieren, um sie eingehend unter dem Mikroskop zu studieren. "Im Endeffekt wollen wir enthüllen, wer unsere mikrobiellen Vorfahren sind", sagt Ettema.