Die ersten Zellen, die in der Ursuppe entstanden waren wahrscheinlich heutigen bakteriellen Lebensformen vergleichbar, aus denen sich dann in unzähligen Schritten komplexere Einzeller und später Mehrzeller entwickelten. Doch wie kam es zum ersten mehrzelligen Organismus, der als unser Vorfahre angesehen werden könnte.
Dieser Frage sind Forscher nun einen Schritt näher gekommen, indem sie ein bakterielles Molekül identifizieren konnten, dass einen einzelligen Flagellaten dazu bewegt, Kolonien auszubilden.
“Der Anfang ist eine delikate Angelegeheit” und schon sehr lange her, deshalb ist er auch sehr schwer zu erforschen. Man geht davon aus, dass sich eines Tages in der Ursuppe unseres Planeten zufällig ein Kompartiment mit einer Membran umschlossen gebildet hat, das irgendeine Form von selbstreplizierendem Genom-Vorläufer beinhaltete. Diese Urzelle begann dann, kodiert durch ihr Genom, Urproteine zu bilden und einen Urmetabolismus zu betreiben und sich selbst zu replizieren. Ab diesem Punkt ist das Gebilde wohl als “Leben” zu bezeichnen.
Durch Evolution kamen weitere Bausteine hinzu, das Ganze wurde komplexer und irgendwann begannen die Ureinzeller auch Erbinformationen untereinander auszutauschen, der Beginn der sexuellen Fortpflanzung, bei welcher vorteilhafte Eigenschaften weitergegeben werden können.
Die ersten Bakterien begannen dann weiter Komplexität anzuhäufen und irgendwann kam es zur sogenannetn Endosymbiose, bei der wahrscheinlich ein Bakterium ein anderes aufgenommen hat und anstatt dieses zu verdauen, es in seiner Funktion adaptiert hat. Dabei entstanden die Mitochondrien und Chloroplasten der Eukarionten.
Ein heute noch lebender einzelliger Eukariont ist der Choanoflagellat (Bild: Wikipedia), also ein freischwimmender Organismus, der sich mit Hilfe von Flagellen, dich bewegenden Schwimmhaaren, fortbewegt. Und diese “Tierchen” werden gerne als Modell für die Entwicklung von mehrzelligen Organismen verwendet, da sie unter bestimmten Bedingungen Kolonien ausbilden, sogenannte Rosetten.
Flagellatenkolonie (Bild: Wikipedia)
Doch wie es dazu kommt, war bisher nicht vollständig aufgeklärt. Die Geschichte begann mit der Beobachtung, dass Antibiotika, zugesetzt zu Choanoflagellat-Kulturen, um die ständig vorkommenden Kontaminationen mit Bakterien zu kontrollieren, die Kolonienbildung der Flagelaten inhibierte. Daraufhin wurden die Bakterien der Flagellatenkulturen genauer untersucht, und man fand über 60 verschiedene Bakterienstämme, die in der ursprünglichen Flagellatenkultur vorkamen. Um den Einfluss der verschiedenen Bakterienstämme untersuchen zu können wurden diese einzeln und in Reinform zu Flagellatenkulturen gegeben und der Einfluss auf dei Kolonienbildung untersucht.
Dabei stellte sich heraus, dass nur eine einzige Bakterienart die Flagellaten zur Kolonienbildung anregte, eine neuentdeckte Spezies namens Algoriphagus machipongonensis.
In Einzelstoffuntersuchungen konnten die Forscher ein bakterielles Lipid identifizieren, dass deie Flagellaten alleine zur Kolonienbildung stimulierte, ein sulpholipid, dass sie Rosette-Inducing Factor 1 (RIF-1) nannten. Lipide sind aus verschiedensten Signalwegen als Botenstoffe bekannt und die Flagellaten können RIF-1 in enorm niedrigen Konzentrationen wahrnehmen und mit Kolonienbildung antworten.
Ein faszinierender neuer Einblick in die Entwicklung mehrzelliger Organismen, auch weil die Choanoflagellaten zu entfernten Vorfahren der Tiere zählen. Als sich die ersten mehrzelligen Eukarioten bildeten, lebten diese in der Nachbarschaft gigantischer Mengen an Bakterien, von denen sie sich wahrscheinlich ernährten und daher von der “Wahrnehmung” veränderter Umwelt- und Beutebedingungen profitiert hätten.
R. Alegado et al., “Bacterial regulation of colony development in the closest living relatives of animals,” eLife, citation to be confirmed, 2012.
https://kinglab.berkeley.edu/wp-content/uploads/2007/11/28_1_merged_1342560833_REV.pdf
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