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)
