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Verwandtschaft aus der Tiefsee

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 07.05.2015 10:21

Die genetische Analyse eines bislang unbekannten Tiefseeeinzellers vom mittelatlantischen Rücken hat eine Verwandtschaft zwischen den Archäen und den Lebewesen mit Zellkern, den Eukaryonten, belegt. Offenbar haben sich die höheren Organismen aus der Domäne der Archäen entwickelt. In "Nature" berichten die Forscher über ihre Erkenntnisse.

Hydrothermalquelle am Mittelatlantischen Rücken vor Spitzbergen. (Foto: Nature/R.B. Pedersen, C. f. Geobiology, Uni Bergen)"Man könnte sagen, wir Menschen sind tatsächlich Archäen", spitzt der niederländische Mikrobiologe Thijs Ettema die jüngsten Forschungsergebnisse aus seinem Labor im schwedischen Uppsala zu. Doch die genetischen Daten die Ettema und seine Mitarbeiter in "Nature" vorstellen, beeindrucken auch andere Experten. "Ihre Daten legen nahe, dass die Eukaryonten sich aus den Archäen entwickelt haben", sagt Martin Embley, Professor für evolutionäre Molekularbiologie an der Universität Newcastle. Das rüttelt an den Grundfesten des Lebensbaumes, der nach traditioneller Sicht aus drei grundlegenden Bereichen, den sogenannten Domänen besteht: den Bakterien und den Archäen, die zusammengefasst auch Prokaryonten genannt werden, sowie den Eukaryonten, den Organismen mit fortgeschrittener Zellorganisation. Zu ihnen gehören alle höheren Organismen, von der Amöbe bis hin zum Menschen.

Da waren es nur noch zwei


Die Daten die Thijs Ettema und seine Kollegen aus Tiefseeschlamm vom mittelatlantischen Rücken vor Spitzbergen gewonnen haben, machen aus den drei grundlegenden Bereichen im Grunde zwei: Bakterien auf der einen Seite und Archäen und Eukaryonten auf der anderen. Bislang war der Weg zur höheren Zellorganisation nirgends beobachtet worden, die Eukaryonten waren einfach da und bildeten daher die dritte grundlegende Domäne des Lebens. "Daher ist die Studie ein größerer Durchbruch", rühmt Embley die Arbeit seiner Kollegen aus Schweden, "denn sie liefert uns den nächsten prokaryontischen Verwandten der Eukaryonten." Und der hat bereits eine ganze Reihe wichtiger Gene, die bei für die ausgefeilte Zellorganisation der Eukaryonten verantwortlich sind.

Die Organismen heißen Lokiarchaeota und ihnen gefällt es an heißen Tiefseequellen besonders gut. Eine norwegische Expedition hatte sie im Sommer 2010 auf einer Expedition zum Knipovich-Rücken vor Spitzbergen gefunden, an einem Ort, der nach einer nordischen Gottheit "Lokis Schloß" genannt wird. Thijs Ettema hat nur die Erbinformation der neu entdeckten Organismen, die man mit hochmodernen Analysemethoden aus dem Schlamm isolieren konnte. In seinem Labor konnte man ein Genom nahezu komplett und zwei zum Teil rekonstruieren, die Lebewesen selbst sind nicht kultiviert worden.

Archäen mit fortschrittlichen Genen


Hydrothermalschlot am Mittelatlantischen Rücken vor Spitzbergen. (Foto: Nature/R.B. Pedersen, Centre for Geobiology, Uni Bergen)Alle drei Archaeen machen eine komplett neue Gruppe innerhalb der Archaeen auf "und sie haben", so Ettema, "viele Gene mit den Eukaryonten gemeinsam". Insbesondere haben die neu entdeckten Archaeen Gene, die bei den Eukaryonten mit den hoch entwickelten inneren Zellstrukturen zu tun haben, die sie von den einfacheren Organismen unterscheiden. So könnten die Lokiarchaeota laut ihrer DNA die Fähigkeit besitzen Vesikel genannte Membranbläschen auszubilden - das wäre der erste Schritt auf dem Weg zu Zellorganellen. Zusätzlich fanden die Genetiker die Informationen für Strukturproteine, aus denen die Eukaryonten ein internes Skelett für ihre Zellen aufbauen. "Wir finden außerdem die Information für die Elemente einer sehr einfachen Apparatur, mit dem sie sich Endosymbionten einverleiben könnten", sagt Ettema. Endosymbionten sind ursprünglich eigenständige Organismen, die irgendwann im Lauf der Evolution in die eukaryontischen Zellen integriert wurden. Die Mitochondrien werden als solche Endosymbionten angesehen.

Die Wege von Eukaryonten und Archäen trennten sich bereits vor langer Zeit. "Ich denke", sagt Ettema, "wir müssen ungefähr zwei Milliarden Jahre zurückgehen." Seither schlugen die einen den Weg zu Vielzellern mit immer größerer Artenvielfalt ein, die anderen blieben einzellige Überlebenskünstler, die allerdings praktisch überall auf der Welt vorkommen. Mit den modernen computergestützten Analysemethoden lässt sich ihr Erbgut selbst in einer Schlammprobe aus mehr als 3000 Metern Meerestiefe isolieren. Und das veranlasst Mikrobiologen wie Martin Embley und Thijs Ettema zu Optimismus, dass mit der Zeit noch andere Archäen entdeckt werden, die den Weg zu den Eukaryonten erhellen können.