Erfolgreiche Evolution: Mikroben klauen Gene

Ein Forschungsteam von der Heinrich-Heine Universität Düsseldorf (HHU) und der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) hat zusammen mit Kolleginnen und Kollegen aus Duisburg, Neuseeland und Irland herausgefunden, dass der sogenannte horizontale Gentransfer in der Evolution dieser Organismen eine mindestens ebenso wichtige Rolle spielt wie die „klassisch-darwinistische“ Evolution über punktuelle Mutationen. Die Ergebnisse stellen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in der Zeitschrift Nature vor.

Prokaryoten sind Lebewesen ohne Zellkern, die größte Gruppe unter ihnen sind Bakterien. Archaeen sind Urbakterien, die stammesgeschichtlich wesentlich älter als Bakterien sind. Archaeen und Bakterien sind sehr freigiebig:

Sie geben ihre Erbinformationen gerne in die Umwelt ab. Gleichzeitig saugen sie bedenkenlos auf, was ihnen an Genmaterial in den Weg kommt. Einmal aufgesammeltes Genmaterial wird in den eigenen Genpool übernommen und, sofern die natürliche Selektion es erlaubt, an die Nachkommen weitergegeben. Solches Verhalten wird als horizontaler Gentransfer (HGT) bezeichnet.

Ein Team um den Bioinformatiker Dr. Shijulal Nelson und den Evolutionsbiologen Professor William Martin vom Institut für Molekulare Evolution der HHU, sowie den Bioinformatiker Dr. Giddy Landan und den Stoffwechselmikrobiologen Professor Peter Schönheit (Institut für Allgemeine Mikrobiologie, CAU) untersuchte in einem internationalen Forschungsteam die Evolution der ursprünglichsten unter den Mikroben — den Archaeen.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wiesen nach, dass der HGT bei den frühen Formen des Lebens maßgeblich für ihre evolutionäre Entwicklung war. Während sich die Evolution höherer Organismen – bis hin zum Menschen – über punktuelle Mutationen und damit verbundene graduelle Veränderungen abspielt, führt der HGT bei Archaeen zu wahren Entwicklungssprüngen.

„Die Archaeen nehmen ganze Genpakete auf, mit denen sie massive Verbesserungen erreichen“, so Schönheit. So erschließen sie sich zum Beispiel auf einen Schlag neue Lebensbereiche oder neue Fähigkeiten, um sich zu ernähren. Viele dieser Genpakete übernehmen Archaeen dabei von ihren modernen Verwandten, den Bakterien.

Die Forscherinnen und Forscher untersuchten die genetische Evolutionsgeschichte der Archaeen. Sie verglichen dabei die Erbsubstanz der Archaeen mit denen anderer Lebensformen. Ihr überraschendes Ergebnis: Ein signifikanter Anteil des Erbguts nahmen Archaeen von außen auf und entwickelte sich nicht als Produkt der graduellen Evolution der eigenen Gene.

Evolutionstheoretisch haben diese Ergebnisse eine besondere Bedeutung, zeigen sie doch auf, dass nicht bei allen Lebewesen die darwinistische Sicht der Evolution allein maßgebend ist. Zumindest bei den Prokaryoten spielt der HGT eine erhebliche Rolle und erlaubt ihnen enorme Evolutionssprünge. Nur dadurch können sich etwa Antibiotikaresistenzen schnell zwischen verschiedenen Bakterien ausbreiten. „Somit ist uns in bestimmten Kontexten der HGT näher, als wir es gerne hätten“, so Professor Martin, „gerade in Krankenhäusern.“

Originalpublikation:
Nelson-Sathi, S., Sousa, F.L., Roettger, M., Lozada-Chávez, N., Thiergart, T., Janssen, A., Bryant, D., Landan, G., Schönheit, P., Siebers, B., McInerney, J.O. und Martin, W.F. (2014): Origins of major archaeal clades correspond to gene
acquisitions from bacteria, Nature, http://dx.doi.org/10.1038/nature13805 

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