Verwandte der 1. Mitochondrien könnten heute in geothermischen heißen Quellen leben
Vor mehr als einer Milliarde Jahren blieb eine einfache Zelle in einer anderen gefangen und verließ sie nie wieder, und ihre Nachkommen wurden zu Mitochondrien, den sogenannten Kraftwerken der Zellen.
Aber auch jetzt noch schwimmen bakterielle Verwandte dieser ersten eingeschlossenen Zelle – ein Protomitochondrium, wie Forscher es nennen – in modernen heißen Quellen, wie eine neue Studie zeigt.
Aus Protomitochondrien entstand das zelluläre Energiezentrum Eukaryoten — alle Tiere, Pflanzen, Pilze und Protisten, deren Zellen Strukturen enthalten, die Organellen genannt werden und bestimmte Funktionen erfüllen. Obwohl Mitochondrien immer noch ihre eigenen haben DNA Das liegt zur Analyse vor, Forscher haben jedoch noch nicht definitiv festgestellt, welche Spezies moderner Bakterien möglicherweise von Protomitochondrien abstammen.
In der neuen Studie, die am Mittwoch (9. August) in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Wissenschaftliche Fortschrittekonzentrierten sich die Forscher auf genetische Merkmale, die es Bakterien ermöglichen, bestimmte Funktionen auszuführen, die für Protomitochondrien unerlässlich sind, beispielsweise die Herstellung von Fetten für Mitochondrienmembranen. Anhand dieser genetischen Kriterien identifizierten die Forscher eine Bakterienart, von der bisher nicht vermutet wurde, dass sie von Protomitochondrien abstammt, und die unter ähnlichen Bedingungen lebt wie jene, die das Leben in den alten Ozeanen der Erde ermöglicht hätten.
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In den 1,6 bis 1,8 Milliarden Jahren seit der Entstehung der Mitochondrien wurde die genetische Signatur der Protomitochondrien „verdünnt, durcheinander gebracht und … ein sehr kleiner Teil ist übrig geblieben“. Mauro Degli Esposti, leitender Autor des Papiers und Forscher am Zentrum für Genomwissenschaften der Nationalen Autonomen Universität von Mexiko, sagte gegenüber WordsSideKick.com. Aus diesem Grund wandte das Team von Degli Esposti einen Ansatz an, der sich nicht so sehr auf möglicherweise durcheinandergebrachte genetische Sequenzen stützte, sagte er.
Die Forscher durchsuchten eine Sammlung von 314 Genomen von Alphaproteobakterien – der Bakterienklasse, aus der laut Untersuchungen Protomitochondrien stammen – und suchten nach Genen, die für essentielle Proteine kodierten. Einige der wichtigsten dieser Gene, sagte Degli Esposti, dienen demselben Zweck wie die Gene, die Mitochondrien nutzen, um Energie sowohl mit Sauerstoff als auch ohne Sauerstoff zu erzeugen.
Für die Bildung bestimmter Fette, einschließlich Cardiolipinen, wären andere Gene erforderlich. Diese Fette finden sich in Prokaryoten – Organismen, deren Zellen keine Organellen haben – sowie in den Mitochondrienmembranen und bestimmten wachsartigen Molekülen von Eukaryoten.
Bakterien der Ordnung Iodidimonadales erfüllten die meisten dieser genetischen Kriterien, was die Forscher zu der Annahme veranlasste, dass diese Bakterien eng mit Protomitochondrien verwandt sein könnten. Diese Bakterien leben an verschiedenen Orten, unter anderem in Süßwasser- und Meeresgeothermiequellen, einer extremen Umgebung, die denen ähnelt, die vor fast zwei Milliarden Jahren in den Ozeanen der Erde zu finden waren.
Iodidimonadales-Bakterien wurden bisher nicht als potenzielle Nachkommen von Protomitochondrien identifiziert und weisen nicht alle Merkmale auf, die die Forscher als wesentlich erachteten. Das Team führt dies auf den „lateralen Gentransfer“ zurück, einen Prozess, den Bakterien nutzen, um Gene aneinander weiterzugeben, und auf eine Art und Weise, wie sie mit der Zeit Gene verlieren können.
Die Betrachtung dieser genetischen Merkmale ist ein logischer Ansatz. Sergio Muñoz-Gómez, ein Assistenzprofessor für Biowissenschaften an der Purdue University, der nicht an der Forschung beteiligt war, sagte gegenüber WordsSideKick.com. Der Ansatz weist jedoch Mängel auf, so dass er traditionellere Methoden wie die Erstellung von Stammbäumen auf der Grundlage der Genetik von Organismen ergänzt, aber nicht ersetzt.
Mit den Methoden der Studie, so Muñoz-Gómez, könnten Forscher aufgrund der konvergenten Evolution, bei der sich ähnliche Merkmale unabhängig voneinander bei Arten ohne gemeinsame Abstammung entwickeln, möglicherweise fälschlicherweise Arten identifizieren, die Merkmale mit Protomitochondrien teilen.
Ein besseres Verständnis der Entwicklung der Mitochondrien könnte uns möglicherweise dabei helfen, Krankheiten zu verstehen, bei denen die Mitochondrienfunktion gestört ist, wie etwa die Parkinson-Krankheit, sagte Degli Esposti. Über medizinische Anwendungen hinaus kann uns das Wissen über die Ursprünge der Mitochondrien dabei helfen, zu verstehen, wie alles komplexe Leben, einschließlich des Menschen, entstanden ist.
„Dies ist eine Möglichkeit, dieser Antwort näher zu kommen [of] wo wir letztendlich herkommen und wie wir uns von unseren entfernten Vorfahren entwickelt haben“, sagte Muñoz-Gómez.