In einer bahnbrechenden Studie haben Forscher aus Mainz, Valencia, Madrid und Zürich wichtige Erkenntnisse über die Entstehung von Eukaryoten gewonnen. Wie presse.uni-mainz.de berichtet, konzentrierten sich die Wissenschaftler darauf, die Evolution komplexer Zellen zu verstehen, die die Grundlage für Arten wie Pilze, Pflanzen und Tiere bilden.
Frühe Lebensformen waren auf prokaryotische Zellen beschränkt, die genetisches Material im Zellplasma umherschwimmen hatten. Im Gegensatz dazu verfügen Eukaryoten über einen Zellkern und zahlreiche Organellen, die eine komplexe Zellstruktur ermöglichen. Die Entstehung dieser komplexen Zellen wird durch die Endosymbiontentheorie erklärt, die postuliert, dass Eukaryoten durch eine Symbiose zwischen Bakterien und Archaeen entstanden sind.
Evolutionäre Übergänge und Genwachstum
Ein zentraler Aspekt der Forschung ist der Mangel an evolutionären Zwischenstufen zwischen Prokaryonten und Eukaryonten. Die Ergebnisse wurden im renommierten Wissenschaftsjournal PNAS veröffentlicht, wobei die Forscher quantitativen Methoden verwendeten, um das Wachstum und die Evolution von Genen zu analysieren.
Sie beobachteten zunächst ein gleichmäßiges Wachstum der proteincodierenden Gene, gefolgt von Spannungen, die auftraten, als das Wachstum der Gene weiterhin angestrebt wurde. Es stellte sich heraus, dass die Evolution nicht-codierende Bereiche in die Genbaupläne integrierte, um das Wachstum der Gene zu unterstützen. Interessanterweise stagnierte die durchschnittliche Proteinlänge bei etwa 500 Aminosäuren, während die Gene dennoch exponenziell weiterwachsen konnten. Ein kritischer evolutionärer Übergang wird auf vor 2,6 Milliarden Jahren datiert.
Diese Erkenntnisse über das Wachstum der Gene sind nicht nur für die Biologie von Bedeutung, sondern haben auch Relevanz für andere wissenschaftliche Disziplinen. Die Entwicklung der eukaryotischen Zelle legte den Grundstein für die Ausbildung von Mehrzellern und Sexualität.
Die Rolle der Endosymbiose
Zusätzlich zur evolutionären Entwicklung ist es wichtig, die Rolle der Endosymbiose zu betrachten. Wie bio.libretexts.org/20%3A_Phylogenies_and_the_History_of_Life/20.03%3A_Perspectives_on_the_Phylogenetic_Tree/20.3C%3A_Endosymbiotic_Theory_and_the_Evolution_of_Eukaryotes) beschreibt, kann der horizontale Gentransfer (HGT) durch Genomfusion während der Endosymbiose zwischen verschiedenen Spezies stattfinden. Dieser Prozess führte zur Entstehung von Zellen mit Genen aus beiden Organismen, was den Erwerb von Mitochondrien und Chloroplasten erklären könnte.
Es gibt jedoch noch Debatten unter Wissenschaftlern über die Herkunft des Zellkerns. Mitochondriale DNA stammt von zirkulären Genomen sogenannter „eingefangener“ Bakterien und wird nur mütterlich vererbt. Einige Hypothesen über den Ursprung der Eukaryoten und des Zellkerns konkurrieren miteinander, darunter die Hypothese, dass Prokaryoten eine zusätzliche Membran um bakterielle Chromosomen produzierten.
Die Frage, ob der Zellkern zuerst entstand oder erst nach der Fusion mit Bakterien, bleibt offen und erfordert weitere Forschung. Alle Hypothesen sind testbar und benötigen weitere Experimente, um herauszufinden, welche durch Daten am besten unterstützt werden kann.
Angesichts der komplementären Ansätze von Evolutionsbiologen, Computerbiologen und Physikern zeigt die Studie das Potenzial interdisziplinärer Zusammenarbeit in der Wissenschaft und unterstreicht die Komplexität der Evolution des Lebens auf der Erde.
