Studie zeigt: Riesenviren halfen beim Aufbau der ersten komplexen Zellen

Jahrzehntelang wurde die Geschichte, wie komplexes Leben auf der Erde entstand, als Partnerschaft zwischen zwei Mikroorganismen erzählt: einem Archaeon, das als Wirt diente, und einem Bakterium, das zum Mitochondrium wurde. Eine am Mittwoch in Nature veröffentlichte Studie stellt diese Erzählung auf den Kopf und zeigt, dass der Vorfahre aller Tiere, Pflanzen, Pilze und Protisten sein Genom aus einem breiteren Spektrum an Akteuren bezog – einschließlich weiterer Bakteriengruppen und Riesenviren.irbbarcelona+2

Eine überfüllte Bühne

Die Forschung unter der Leitung von Dr. Toni Gabaldón vom IRB Barcelona und dem Barcelona Supercomputing Center nutzte den Supercomputer MareNostrum über mehr als fünf Jahre, um das Proteom des letzten gemeinsamen eukaryotischen Vorfahren, bekannt als LECA, zu rekonstruieren. Durch die Rückverfolgung der Evolutionsgeschichte von Tausenden von Genfamilien bei lebenden Eukaryoten identifizierte das Team Beiträge von bakteriellen Abstammungslinien, die über den mitochondrialen Vorfahren hinausgehen.eurekalert+1

Zwei Bakteriengruppen hinterließen einen besonders starken Abdruck: Myxococcota, die möglicherweise Gene im Zusammenhang mit dem Lipidstoffwechsel beigesteuert haben, und Planctomycetota, die mit der Entwicklung interner Zellkompartimente in Verbindung gebracht werden – ein Kennzeichen eukaryotischer Zellen. Die Analysen deuten darauf hin, dass diese Beiträge zu unterschiedlichen Zeiten eintrafen. Planctomycetota stellt ein älteres Signal dar, während Myxococcota und der mitochondriale Vorfahre zeitlich näher beieinander liegen.irbbarcelona+1

„Lange Zeit haben wir den Ursprung komplexer Zellen als eine Geschichte mit zwei Hauptdarstellern erklärt: einem Archaeon und dem Bakterium, das zum Mitochondrium wurde“, sagte Gabaldón in einer Erklärung. „Unsere Studie legt nahe, dass diese Erzählung unvollständig ist und dass es mehr Akteure auf der Bühne gab, einschließlich anderer Bakteriengruppen und Riesenviren, die den genetischen Austausch hätten erleichtern können“.larazon

Auftritt der Riesenviren

Zu den unerwartetsten Ergebnissen der Studie gehört die Beteiligung von Nucleocytoviricota, einer Gruppe von Riesenviren. Die Autoren schlagen vor, dass diese Viren nicht nur Parasiten waren, sondern als Vehikel für den DNA-Transport zwischen Mikroorganismen fungierten, die in derselben Umgebung koexistierten – und so dazu beitrugen, das ursprüngliche eukaryotische Genom zu formen.irbbarcelona+2

Die Studie schmälert nicht die zentrale Rolle des Mitochondriums bei der eukaryotischen Evolution. Stattdessen rahmt sie den Ursprung komplexer Zellen als einen längeren, allmählicheren Prozess ein, der eine mikrobielle Gemeinschaft einbezog, anstatt eine einzige entscheidende Verschmelzung. LECA, so vermuten die Forscher, entstand wahrscheinlich in einer mikrobiell dichten Umgebung, in der Symbiosen und Gentransfer zur Routine gehörten.larazon+1

Warum das wichtig ist

Die Frage, wie eukaryotische Komplexität entstand, bleibt eines der am meisten diskutierten Probleme der Biologie. Die neuen Erkenntnisse bieten einen Rahmen, in dem der Sprung von einfachen zu komplexen Zellen kein singuläres Ereignis war, sondern eine langwierige Zusammenarbeit – eine, die sich über Millionen von Jahren entfaltete und Organismen aus dem gesamten Baum des Lebens und darüber hinaus einbezog.nature+1