Ein Evolutionsereignis, das nur einmal in einer Milliarde Jahren vorkommt: die Verschmelzung zweier Lebewesen

(newatlas.com)

2 Punkte von GN⁺ 2024-04-21 | 1 Kommentare | Auf WhatsApp teilen

Ein beispielloses Evolutionsereignis nach einer Milliarde Jahren: Zwei Lebewesen verschmelzen zu einem

Es wurde festgestellt, dass die Alge Braarudosphaera bigelowii das Cyanobakterium UCYN-A aufgenommen hat. Das könnte ein großer Sprung in der Evolution sein.

Primäre Endosymbiose (primary endosymbiosis) tritt auf, wenn ein Mikroorganismus einen anderen verschlingt und beginnt, ihn wie ein internes Organ zu nutzen.
Die Wirtszelle bietet dem Symbionten Vorteile wie Nährstoffe, Energie und Schutz. Schließlich kann der Symbiont alleine nicht mehr überleben und wird zu einem Organ des Wirts, also zu einem Organell innerhalb der Zelle.

Vor etwa 2,2 Milliarden Jahren verschlang ein Archaeon ein Bakterium, aus dem die Mitochondrien wurden. Das war der erste Fall und ermöglichte die Evolution allen komplexen Lebens.
Vor etwa 1,6 Milliarden Jahren nahmen einige dieser weiterentwickelten Zellen Cyanobakterien auf, die Sonnenenergie nutzen konnten, woraus Chloroplasten wurden. Dadurch erhielten Pflanzen die Fähigkeit zur Photosynthese und ihre grüne Farbe.

Die Alge B. bigelowii hat das Bakterium UCYN-A aufgenommen und kann dadurch Stickstoff aus der Luft fixieren und mit anderen Elementen zu nützlicheren Verbindungen kombinieren. Das können gewöhnliche Algen oder Pflanzen nicht.
Das Forschungsteam bestätigte die primäre Endosymbiose anhand des Größenverhältnisses zwischen Wirt und Symbiont, der wachstumssteuernden Wirkung des Nährstoffaustauschs sowie der Synchronisierung von Replikation und Zellteilung.
UCYN-A kann nur etwa die Hälfte der benötigten Proteine selbst produzieren und ist für den Rest auf die Wirtsalge angewiesen. Das ist eines der Merkmale des Übergangs zu einem internen Organell.

Das Forschungsteam sieht in UCYN-A ein vollständiges Organell und nannte es „Nitroplast“.
Der Nitroplast scheint vor etwa 100 Millionen Jahren begonnen zu haben, sich zu entwickeln, was im Vergleich zu Mitochondrien oder Chloroplasten eine sehr kurze Zeit ist.
Das Forschungsteam will weiter untersuchen, ob Nitroplasten auch in anderen Zellen vorkommen und welche Auswirkungen sie haben.
Der Nitroplast könnte Pflanzen die Fähigkeit zur Stickstofffixierung verleihen und so für den Anbau besserer Nutzpflanzen eingesetzt werden.

Primäre Endosymbiose ist ein äußerst wichtiges Ereignis in der Evolution des Lebens, und es ist eine faszinierende Entdeckung, dass so etwas auch heute noch geschieht. Es bleibt spannend zu sehen, welche Rolle der Nitroplast künftig spielen wird.
Allerdings scheint bis zu einer tatsächlichen Anwendung dieser Forschung in der Landwirtschaft noch viel weitere Forschung nötig zu sein. Nutzpflanzen durch genetische Manipulation die Fähigkeit zur Stickstofffixierung zu verleihen, könnte unvorhergesehene Auswirkungen auf Ökosysteme haben und sollte daher vorsichtig angegangen werden.
Wenn man bedenkt, dass die primären Endosymbiosen, aus denen Mitochondrien und Chloroplasten hervorgingen, vor etwa einer Milliarde Jahren stattfanden, lässt sich vermuten, dass die Evolution des Nitroplasten noch in einem frühen Stadium ist. Es wird zu beobachten sein, wie sich dieses Organell weiterentwickelt.
Solche Forschungsergebnisse zeigen, dass Lebewesen in enger Wechselwirkung miteinander evolviert sind. Sie deuten darauf hin, dass Symbiose mit anderen Organismen eine wichtige Rolle beim Erwerb neuer Fähigkeiten gespielt hat.
Es scheint nötig zu sein, die Mechanismen und Bedingungen primärer Endosymbiose besser zu verstehen. Dadurch könnten zentrale Prozesse der Evolution des Lebens aufgeklärt und neue biologische Anwendungsmöglichkeiten erschlossen werden.

GN⁺ 2024-04-21

Zusammenfassung:

Die erste Symbiose, aus der Eukaryoten hervorgingen, könnte kein Ereignis sein, das nur einmal in einer Milliarde Jahren vorkommt, sondern ein extrem seltenes Ereignis, das eher nur einmal in einer Billion Jahren oder einmal in 10^20 Jahren eintritt. Das könnte eine große Hürde für die Entstehung komplexen Lebens sein und das Fermi-Paradoxon erklären.
Die Symbiose des neu entdeckten stickstofffixierenden Organells fand in Wirklichkeit schon vor 100 Millionen Jahren statt. Sie wurde nur erst vor Kurzem entdeckt.
Die betreffende Alge, Braarudosphaera bigelowii, ist von 12 fünfeckigen Platten umgeben und hat die Form eines perfekten Dodekaeders. Ein sehr faszinierender Organismus.
Die meisten Insekten besitzen vererbbare Endosymbionten, weshalb die Behauptung infrage gestellt wird, primäre Endosymbiose sei so selten.
Der Artikel hat einen reißerischen Titel; tatsächlich könnte man zufällig ein Ereignis eingefangen haben, das etwa einmal in einer Milliarde Jahren geschieht, doch meist sind solche Ereignisse womöglich weder so folgenreich noch so erinnerungswürdig.
Eine Maissorte kann selbst „gebundenen“ Stickstoff erzeugen.