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Archaea und Eukaryoten sind miteinander verwandt



Bis vor etwa 20 Jahren unterteilte man die Lebewesen nach zellmorphologischen Kriterien in zwei große Reiche: Die Eukaryoten enthalten Organellen wie Kern (Karyon), Chloroplasten, Mitochondrien, Vakuolen und dergleichen, bei den entwicklungsgeschichtlich primitiveren Prokaryoten fehlen dagegen solche internen Strukturen, insbesondere eine Membranhülle um das Erbmaterial. Im Jahre 1977 schloß Carl Woese von der Universität von lllinois in Urbana-Champaign allerdings aus einem Vergleich des Aufbaus bestimmter Zellmoleküle (ribosomaler RNA), daß etliche Bakterien, obwohl sie äußerlich zu den Prokaryoten zu gehören scheinen, eine eigene evolutionäre Linie bilden, die inzwischen Archaea genannt wird (Spektrum der Wissenschaft, August 1981, Seite 74). Diese Einteilung hat sich seither vielfach bestätigt.

Von ihrer Lebensweise her sind die Archaea durchweg Sonderlinge, die unter extremen Bedingungen leben. So wachsen sie mit Vorliebe, ja oft ausschließlich, in heißem oder gar kochendem Wasser von Thermalquellen und Geysiren oder in konzentrierten Salzlösungen und können sich von Schwefel- und Eisenverbindungen ernähren (Spektrum der Wissenschaft, Oktober 1983, Seite 26). Darum hat man sie als unmittelbare Abkömmlinge der ersten Lebewesen auf der Erde betrachtet, die bereits die noch nicht erkaltete und gefestigte Erdoberfläche zu besiedeln begannen; dies spiegelt sich auch in ihrem Namen wider. Neuerdings haben sich allerdings zunehmend Ähnlichkeiten zu den Eukaryoten ergeben, wonach es scheint, daß die Archaea enger mit diesen verwandt sind als die Prokaryoten, also die echten Bakterien wie Escherichia coli.

So deuteten molekulare Untersuchungen der letzten fünf Jahre darauf hin, daß Gene und ihre Regulationssignale in Archaea und Prokaryoten grundverschieden sind. Dagegen stellten Wolfram Zillig und seine Mitarbeiter am Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried und andere Arbeitsgruppen im Jahre 1990 fest, daß sich vor der Stelle im Genom, an der die Ablesung eines Gens beginnt, in Archaebakterien wie bei den Eukaryoten sehr oft sogenannte TATA-Boxen befinden. (Dieses kurze, zumeist vielfach wiederholte DANN-Motiv ist nach den Basen Thymin und Adenin benannt, die es als wesentliche Bausteine enthält.) Prokaryoten nutzen dagegen ganz andere Signale, um das Ablesen eines Gens zu initiieren.

Nun haben zwei Arbeitsgruppen von der Universität von Illinois und von der Universität Cambridge ( England ) bei verschiedenen Archaea-Arten das Protein untersucht, das die TATA-Box erkennt ("Proceedings of the National Academy of Sciences USA", Band 91, Seite 4180, und "Science", Band 264, Seite 1326). Dabei zeigte sich, daß es dem Gegenstück in Eukaryoten sehr ähnlich ist; offenbar haben beide eine gemeinsame evolutionäre Wurzel. Funktionale Analysen ergaben, daß es wie bei Eukaryoten die Transkription einleitet, indem es sich spezifisch an die TATA-Box bindet. Das Protein aus den Archaea kann sogar mit anderen Transkriptionsfaktoren aus Eukaryoten zusammenwirken.

Dies belegt klar, daß die Archaea und die Eukaryoten aus gemeinsamen Vorfahren hervorgegangen sind und sich erst lange nach der Etablierung der Prokaryoten entwicklungsgeschichtlich getrennt haben. An den Archaea könnten sich demnach Hinweise auf die Beschaffenheit des lange gesuchten Urahnen der eukaryotischen Zelle finden lassen.

Die Entdeckung ihrer Verwandtschaft zu den Eukaryoten hat aber auch praktische Bedeutung: Die äußerst schwierige Untersuchung der genetischen Regulationsfaktoren, welche in Eukaryoten nur in geringer Menge vorhanden sind, kann durch parallele Arbeiten mit den Archaea schneller vorangehen. Ein weiterer

Vorteil ist dabei, daß diese Faktoren bei den hitzebeständigen Bakterien deutlich stabiler sein müssen als bei Eukaryoten.


Aus: Spektrum der Wissenschaft 10 / 1994, Seite 32
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
10 / 1994

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft 10 / 1994

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