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News: Spuren einer Mahlzeit

Irgendwann vor vielleicht zwei Milliarden Jahren begann eine bis heute andauernde Freundschaft: Die Vorfahren der eukaryoten Zellen verschlangen Bakterien, verdauten diese aber nicht, sondern machten sie sich als Endosymbionten zu nutze. Im Proteinmuster der Zellen lassen sich die Spuren dieser Mahlzeit heute noch erahnen. Demnach verfügte die gefräßige Urzelle bereits über ein Zellskelett, das ihr das Verschlingen ganzer Bakterien ermöglichte.
Als Lynn Margulis in den sechziger Jahren eine alte Idee wieder aufgriff, stieß die amerikanische Biologin zunächst auf Unverständnis und Ablehnung. Doch inzwischen gibt es für die von ihr energisch verteidigte Endosymbiontentheorie, die bereits vor über 100 Jahren auftauchte, derart viele Belege, dass heutige Wissenschaftler kaum noch an ihr zweifeln. Demnach entstanden die eukaryoten Zellen – also die Zellen mit einem echten Zellkern – aus einem Zusammenschluss prokaryoter Zellen ohne Zellkern. Dabei nahm eine Urzelle Archaebakterien auf, verdaute ihre Beute aber nicht, sondern ließ sie als Sklaven für sich arbeiten. Aus diesen Endosymbionten entstanden so die Mitochondrien, die Zellorganellen des Energiestoffwechsels, und – bei den Pflanzen – die Chloroplasten, die für die Photosynthese verantwortlich sind. Auch der Zellkern soll auf solch einen Vorfahren zurückblicken können.

Wie sah nun diese Urzelle aus? Viele Wissenschaftler gehen davon aus, es habe sich dabei um eine Zelle gehandelt, die den heutigen Bakterien ähnelte. Allerdings verfügen Bakterien über eine Zellwand, und sie sind nicht zur Phagocytose, also zur Aufnahme größerer Partikel, in der Lage. Das Verspeisen anderer Zellen dürfte für sie schwierig sein.

Hyman Hartman vom Massachusetts Institute of Technologyund Alexei Fedorov von der Harvard University vermuten daher, dass eine Urzelle, die bereits über einige Eigenschaften der heutigen Eukaryoten verfügte, die folgenreiche Mahlzeit einnahm. In Gedenken an den griechischen Gott Kronos, der seine Kinder verschlang, nannten die Forscher diese hypothetische Zelle "Chronocyt". Und dieser Chronocyt, so die Hypothese der Biologen, muss seine Spuren in den heutigen Zellen hinterlassen haben.

Die Spurensuche der beiden Wissenschaftler begann mit dem kompletten Satz von 6271 Proteinen der Hefe Saccharomyces cerevisiae. Dieses Proteinmuster verglichen sie mit dem Muster der Taufliege Drosophila melanogaster, des Nematoden Caenorhabditis elegans und der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana und erhielten dabei etwa 2000 gemeinsame Proteine. Nach Abzug von Eiweißen, die auch bei Prokaryoten vorkommen, blieben noch etwa 900 typische Eukrayotenproteine übrig. Zu guter Letzt schlossen sie die Proteine des Parasiten Giardia lamblia aus – ein ursprünglicher Eukaryot, der weder Mitochondrien noch Plastiden besitzt. Übrig blieben genau 347 Proteine, die ein minimales Eukaryotenstandardmuster widerspiegeln sollten.

Die Funktionen dieser Proteine bestätigen die Vermutung von Hartman und Fedorov: Neben Proteinen der internen Zellkommunikation und des Zellkerns finden sich hier Substanzen wie Actin und Tubulin, die für das Cytoskelett verantwortlich sind. Der Chronocyt, der irgendwann vor vielleicht zwei Milliarden Jahren Bakterien verspeiste, verfügte demnach über eine innere Zellstruktur, die ihm diese Mahlzeit erst ermöglichte.

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