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schematische Darstellung der einzelligen Alge Cyanophora paradoxa

Der Urahn aller Pflanzen

Vor etwa eineinhalb Milliarden Jahren hat sich ein Einzeller eine Bakterie einverleibt, um von deren besonderer Fähigkeit zu profitieren: aus Sonnenlicht Energie zu gewinnen. Aus der äußerst erfolgreichen Beziehung der beiden Organismen stammen alle heutigen Pflanzen, Grün- und Rotalgen ab.

Genetik 17.02.2012

Ein internationales Forscherteam mit österreichischer Beteiligung hat das Erbgut einer urtümlich scheinenden, einzelligen Alge, die man Cyanophora paradoxa nennt, untersucht, um diese Theorie der Endosymbiose zu untersuchen, und um zu erfahren, wie wohl die erste Pflanze auf der Erde aussah.

Einzigartiges Ereignis

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 jenem 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 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.

Alte, neue und "geborgte" Gene

Schematische Darstellung der einzelligen Alge Cyanophora paradoxa

Science, AAAS, Susanne Ruemmele

Schematische Darstellung der einzelligen Alge Cyanophora paradoxa.

Auch Gene von anderen Bakterien, 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 im Gespräch mit der APA. "Damit der Protist das Cyanobakterium, wenn er es verschluckt hat, eine Zeit lang beibehält, muss er davon einen Vorteil haben. Solange das Cyanobakterium noch intakt und damit photosynthetisch aktiv ist, müssen Transportwege angeschaltet werden, die die Produkte der Photosynthese in die Wirtszelle bringen, so dass 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 Transportmechanismus 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 Wissenschaftler rund um Dana Price von der Rutgers University in New Brunswick: "Der Zellkern von Cyanophora stellt also ein genetisches Mosaik dar, ähnlich dem Erbgut anderer Pflanzen."

science.ORF.at/APA

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