Tief in Stromatolithen, uralten felsartigen Hügeln, die von Mikroben erbaut wurden, haben Forscher etwas festgehalten, das nie zuvor gesehen wurde: ein Asgard-Archaeon, das physisch mit einem Bakterium verbunden ist und über winzige röhrenartige Verbindungen Materialien austauscht. Die Entdeckung, veröffentlicht in Current Biology, bietet einen direkten visuellen Hinweis auf eine der größten unbeantworteten Fragen der Biologie: wie einfache Zellen sich erstmals zusammenschlossen, um komplexes Leben zu schaffen.
Eine in der Zeit eingefrorene Partnerschaft
Stromatolithen und ihre nahen Verwandten, mikrobielle Matten, sehen aus wie dunkle, unscheinbare Felsen. Aber sie sind tatsächlich dichte, geschichtete Gemeinschaften von Mikroben, die seit Milliarden von Jahren existieren. Lange bevor Tiere oder Pflanzen erschienen, halfen diese Formationen, einen Teil des frühesten Sauerstoffs in die Erdatmosphäre zu pumpen. Heute wachsen sie immer noch in der Shark Bay, einem Weltkulturerbe in Westaustralien. Proben, die dort gesammelt wurden, führten ein Team der UNSW Sydney, der University of Technology Sydney und der University of Melbourne dazu, ein Mitglied der Asgard-Archaeen zu isolieren, eine Gruppe von Mikroben, die als nahe Verwandte der Vorfahren der Eukaryoten gelten, des Zelltyps, aus dem alle Pflanzen und Tiere bestehen, einschließlich des Menschen.
Das Forschungsteam unter der Leitung von Associate Professor Brendan Burns, einem Evolutionsmikrobiologen an der UNSW Sydney, fand heraus, dass dieses Asgard-Archaeon in enger Verbindung mit einem anderen Organismus lebte. Die beiden Mikroben waren durch extrem dünne, röhrenartige Strukturen verbunden, die Nanoröhren genannt werden. Durch diese Verbindungen schienen die Mikroben Nährstoffe und andere Verbindungen auszutauschen. Dies ist der erste direkte visuelle Beweis dafür, dass ein Asgard-Archaeon auf diese Weise physisch mit einem Bakterium interagiert.
Eine langjährige Theorie erhält neue Unterstützung
Jahrzehntelang haben Biologen vorgeschlagen, dass die erste komplexe Zelle aus einer engen Partnerschaft zwischen einem uralten Archaeon und einem Bakterium entstand. Die Theorie besagt, dass ein Organismus schließlich den anderen verschlang, und diese Beziehung führte zu Mitochondrien, den energieproduzierenden Strukturen in komplexen Zellen. Aber direkte Beweise dafür, wie eine solche frühe Partnerschaft ausgesehen haben könnte, fehlten.
Die neuen Bilder liefern ein mögliches Modell für dieses uralte Ereignis. "Das könnte ein kleines Modell dafür sein, wie solche Partnerschaften begannen und schließlich Eukaryoten bildeten", sagte Burns. Die Entdeckung legt nahe, dass Stromatolithen, die bereits als Wiege des frühen mikrobiellen Lebens bekannt sind, auch Hinweise darauf enthalten könnten, wie komplexes Leben erstmals entstand.
Jahre geduldiger Laborarbeit
Bis zu diesem Punkt zu gelangen, war nicht einfach. Genetische Sequenzierung hatte gezeigt, dass die DNA der Organismen in den Proben vorhanden war, aber das Züchten der Mikroben im Labor erforderte jahrelange Anstrengung. Dem Team gelang es schließlich, was es ihnen ermöglichte, die Partnerschaft direkt zu beobachten. Die Entdeckung beweist nicht, dass diese genaue Beziehung zu komplexen Zellen führte, aber sie bietet einen seltenen, greifbaren Einblick in einen Prozess, der vor Milliarden von Jahren stattgefunden haben könnte.
Stromatolithen, so scheint es, sind nicht nur Relikte der fernen Vergangenheit der Erde. Sie sind immer noch aktive Labore, in denen uralte biologische Prozesse möglicherweise heute noch ablaufen. Durch die Untersuchung dieser lebenden Fossilien kommen Wissenschaftler dem Verständnis näher, wie der Sprung von einfachem zu komplexem Leben gemacht wurde.
