Vor mehr als zwei Milliarden Jahren, bevor die Erdatmosphäre reich an Sauerstoff war, haben möglicherweise bereits bestimmte Mikroben seine Kraft genutzt. Eine neue genetische Studie legt nahe, dass Asgard-Archaeen – die nächsten mikrobiellen Verwandten von Pflanzen und Tieren – über die molekularen Werkzeuge verfügten, um mit Sauerstoff zu gedeihen, was möglicherweise unser Verständnis davon, wie komplexes Leben entstand, neu formte.
Das Rätsel der frühen Lebensentwicklung
Seit Jahrzehnten vertreten Wissenschaftler die Theorie, dass komplexe Zellen (Eukaryoten) entstehen, wenn eine uralte Mikrobe mit einem Bakterium verschmilzt. Diese Vereinigung führte schließlich zu Organismen, die vom Baum bis zum Menschen reichten. Es blieb jedoch eine zentrale Frage offen: Wie kam es zu dieser Fusion in einer sauerstoffarmen Umgebung? Das Bakterium, das zu den energieproduzierenden Mitochondrien in eukaryotischen Zellen wurde, benötigt Sauerstoff zum Überleben. Hätte das Wirtsarchäon keinen Sauerstoff vertragen, wäre die Verschmelzung unwahrscheinlich gewesen.
Diese neue Forschung, die am 18. Februar in Nature veröffentlicht wurde, legt nahe, dass der archaische Wirt, insbesondere die Asgard-Archaeen, möglicherweise sauerstofftoleranter war als bisher angenommen.
Woher die Beweise kommen
Die Forscher analysierten riesige Mengen genetischer Daten aus Meeressedimenten und Meerwasser, insgesamt etwa 15 Terabyte. Sie rekonstruierten über 13.000 mikrobielle Genome und identifizierten Hunderte, die mit Asgard-Archaeen in Verbindung stehen. Das Team beprobte Umgebungen von 100 Fuß Tiefe im Bohai-Meer bis zu 6.561 Fuß Tiefe im Guaymas-Becken – beide Gebiete wimmeln von mikrobiellem Leben.
Der Schlüsselbefund? Asgard-Archaeen, die eng mit Eukaryoten verwandt sind, wurden in sauerstoffreichen Umgebungen wie Küstensedimenten und offenen Gewässern gefunden. Diese Mikroben verfügten über Stoffwechselwege, die Sauerstoff aktiv nutzten.
Sauerstoffhandhabungsmaschinen bestätigt
Mithilfe von KI-Tools wie AlphaFold2 zur Vorhersage von Proteinstrukturen fanden die Forscher heraus, dass bestimmte Asgard-Linien, insbesondere Heimdallarchaeia, Gene für die aerobe Atmung tragen – den Prozess, den Organismen nutzen, um mithilfe von Sauerstoff Energie aus der Nahrung zu gewinnen. Sie fanden auch Enzyme, die toxische Nebenprodukte des Sauerstoffstoffwechsels neutralisieren. Dies deutet darauf hin, dass der archaische Vorfahre komplexer Zellen nicht unbedingt auf sauerstofffreie Bedingungen beschränkt war.
„Sauerstoff erschien in der Umwelt und Asgards passte sich daran an“, sagt Mitautor der Studie, Brett Baker. „Sie fanden einen energetischen Vorteil in der Verwendung von Sauerstoff und entwickelten sich dann zu Eukaryoten.“
Warum das wichtig ist
Bei dieser Entdeckung geht es nicht nur darum, Lehrbücher neu zu schreiben. Es schließt eine langjährige Lücke im Verständnis der Ursprünge des komplexen Lebens. Wenn der archaische Wirt mit Sauerstoff umgehen könnte, wird die Fusion mit dem sauerstoffabhängigen Bakterium plausibler. Daraus lässt sich schließen, dass das frühe Leben nicht unbedingt durch die Abwesenheit von Sauerstoff eingeschränkt war; es passte sich an seine Präsenz an und ebnete den Weg für die Entwicklung komplexerer Organismen.
Die Forschung unterstreicht auch die Bedeutung tiefer genomischer Untersuchungen für die Aufdeckung verborgener Evolutionsgeschichten. Asgard-Archaeen, benannt nach der Heimat der nordischen Götter, wurden erstmals im Jahr 2015 identifiziert. Diese Ergebnisse unterstreichen, wie viel Unbekanntes über die mikrobielle Welt und ihre Rolle bei der Gestaltung des Lebens auf der Erde bleibt.
