Die allererste Pflanze ging aus einzigartiger Vereinigung hervor

17. Februar 2012, 14:14
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Vor eineinhalb Milliarden Jahren "verschlang" ein Einzeller eine Bakterie, die der Photosynthese mächtig war

Wien - Die mittlerweile eineinhalb Milliarden Jahre alte Erfolgsgeschichte der Pflanzen geht offenbar auf eine einzige folgenreiche Vereinigung zweier unterschiedlicher Lebewesen zurück. Damals hat sich ein Einzeller eine Bakterie einverleibt und deren besonderer Fähigkeit übernommen: aus Sonnenlicht Energie zu gewinnen. Aus dieser äußerst erfolgreichen Beziehung der beiden Organismen stammen alle heutigen Pflanzen, Grün- und Rotalgen ab.

Auch die urtümlich scheinende, einzellige Alge Cyanophora paradoxa ist Abkömmling dieser Verschmelzung. Ihr Erbgut hat ein internationales Forscherteam mit österreichischer Beteiligung untersucht, um die Theorie der Endosymbiose zu untersuchen, und zu erfahren, wie wohl die erste Pflanze auf der Erde aussah. Die Ergebnisse haben die Wissenschafter in der Fachzeitschrift "Science" veröffentlicht.

Evolutionäres Einzelereignis

Offensichtlich ist es im Laufe der Evolution bloß ein einziges Mal passiert, dass ein geeigneter Protist (ein Einzeller mit Zellkern und Mitochondrien) und ein geeignetes Cyanobakterium diesen unglaublich komplizierten und langwierigen Vorgang der Endosymbiose durchgezogen haben. Das zeigt der Vergleich des Erbguts der einzelligen Alge Cyanophora mit dem von Pflanzen, Grün- und Rotalgen, so der an der Studie beteiligte Biochemiker Wolfgang Löffelhardt von den Max F. Perutz Laboratories der Universität Wien.

Dabei spielt es keine Rolle, dass sich die photosynthetisch aktiven Bereiche der Zelle (Plastiden), die sich aus den eingeschlossenen Cyanobakterien entwickelt haben, in den verschiedenen Gruppen des Pflanzenreiches mittlerweile ziemlich in Farbe, Form und Funktionsweise unterscheiden. Ein weiterer, für Löffelhardt eindeutiger biochemischer Beweis für die Endosymbiontentheorie ist eine Zellwand bakteriellen Ursprungs. In diese sind nur die Plastiden der Cyanophora-Algen immer noch gehüllt, obwohl sie schon seit Jahrmillionen geborgen im Inneren ihres Wirts leben.

Photosynthese statt Verdauung

Auch Gene von anderen Bakterien, sogenannten Chlamydien, haben die Forscher in der einzelligen Alge gefunden. "Es wird seit einigen Jahren diskutiert, dass Chlamydien Transporter geliefert haben, die für den Beginn der Beziehung zwischen Protist und Cyanobakterium wichtig waren", sagte Löffelhardt. "Damit der Protist das Cyanobakterium, wenn er es verschluckt hat, eine Zeit lang beibehält, muss er darin einen Vorteil sehen. Solange das Cyanobakterium noch intakt und damit photosynthetisch aktiv ist, müssen Transportwege angeschaltet werden, die die Produkte der Photosynthese in die Wirtszelle bringen, sodass der Wirt darauf verzichtet, die Beute kurzerhand zu verdauen."

In einem komplizierten, sehr lang andauernden Prozess wird das Cyanobakterium abhängig gemacht, erklärt Löffelhardt. Es verliert den Großteil seiner Gene, viele davon werden im Zellkern der Wirtszelle heimisch. Die Produkte dieser Gene müssen dann durch einen speziellen Transport-Mechanismus wieder in den Endosymbionten geliefert werden, der sich mittlerweile zu einem photosynthetisch aktiven Zellbereich (Organelle) entwickelt hat.

Überraschend für Löffelhardt war, dass die einzellige Cyanophora-Alge nicht so primitiv ist, wie sie auf den ersten Blick aussehen mag. Sie hat ein relativ kleines Erbgut, auf dem aber mit knapp 28.000 Genen mehr sitzen als beim Menschen. "Es beinhaltet eine einzigartige Kombination aus altertümlichen, neuen und 'geborgten' Genen", schreiben die Wissenschafter rund um Dana Price von der Rutgers University in New Brunswick (US-Bundesstaat New Jersey), "der Zellkern von Cyanophora stellt also ein genetisches Mosaik dar, ähnlich dem Erbgut anderer Pflanzen." (APA, red)

  • Die schematische Darstellung der urtümlichen Algenart Cyanophora paradoxa. Die Erbanlagen dieser einzelligen Alge verraten so Einiges über den Ursprung der Pflanzen.
    foto: science/aaas

    Die schematische Darstellung der urtümlichen Algenart Cyanophora paradoxa. Die Erbanlagen dieser einzelligen Alge verraten so Einiges über den Ursprung der Pflanzen.

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