Wichtige Zellgruppen in verschiedenen Schichten des menschlichen Hippocampus konnten identifiziert werden.Weiterlesen
Die Vergangenheit zu erforschen ist oft ebenso schwierig wie die Zukunft vorherzusagen. Dies gilt insbesondere, wenn es um die Erforschung der fernen Vergangenheit geht, z. B. um die Frage, wie sich das Leben an die drastischen Veränderungen auf der Erde anpasste, wie z. B. die erhebliche Zunahme des Sauerstoffs in der Atmosphäre. Forscher des Ökologischen Forschungszentrums HUN-REN haben jedoch eine besondere Entdeckung über Bakterien gemacht, die vor Milliarden von Jahren lebten.
In einer kürzlich in der Fachzeitschrift Science veröffentlichten Studie hat ein internationales Forscherteam in spektakulären Details aufgezeigt, wie sich Bakterien über Milliarden von Jahren entwickelt und an Sauerstoff angepasst haben, so das Forschungszentrum in einer Mitteilung.
Die Forschung verfolgte ein zweifaches Ziel: Es sollte genau festgestellt werden, wann sich die wichtigsten Bakteriengruppen entwickelt haben, und es sollte rekonstruiert werden, wie sich die Fähigkeit, Sauerstoff zu nutzen, entwickelt und verbreitet hat. Als Maßstab diente den Forschern die Große Sauerstoffkatastrophe (Great Oxidation Event, GOE), die vor etwa 2,33 Milliarden Jahren stattfand und die Sauerstoffmenge in der Atmosphäre durch die Photosynthese der Cyanobakterien drastisch erhöhte.
Die Forscher untersuchten diesen Prozess, der bisher aufgrund des Mangels an Fossilien nur schwer zu datieren war, anhand einer Kombination aus geologischen und genetischen Daten. Mithilfe von maschinellem Lernen wurden uralte aerobe Bakterien identifiziert und statistische bayessche Methoden verwendet, um den Zeitpunkt ihres Auftretens abzuschätzen, wobei davon ausgegangen wurde, dass sich diese sauerstoffverbrauchenden Bakterien nach dem GOE entwickelt haben.
Die Studie, in der die Evolutionsgeschichte von 1007 Bakteriengenomen rekonstruiert wurde, fand insgesamt 84 Übergänge von anaerob zu aerob. Die meisten dieser Übergänge fanden nach dem GOE statt, aber in mindestens drei Fällen lange vorher, wobei der früheste fast 900 Millionen Jahre vor der Anreicherung von Sauerstoff in der Atmosphäre lag.
Dies deutet darauf hin, dass Bakterien schon viel früher in der Lage waren, Sauerstoff zu nutzen, als dieser noch nicht im Überfluss vorhanden war.
Interessanterweise könnte die Fähigkeit, Sauerstoff zu nutzen, bereits vor der sauerstoffproduzierenden Photosynthese vorhanden gewesen sein und sogar die Entwicklung von Genen begünstigt haben, die eine Schlüsselrolle bei der Photosynthese spielen.
Die Forschungsergebnisse legen nahe, dass der gemeinsame Vorfahre aller heute lebenden Bakterien vor etwa 4,4 bis 3,9 Milliarden Jahren in den frühesten Perioden der Erdgeschichte lebte.
Die wichtigsten Bakterienstämme entstanden später, vor 2,5 bis 1,8 Milliarden Jahren, als sich die Erdatmosphäre und die Umwelt erheblich veränderten. Und viele der uns heute bekannten Bakterienfamilien entwickelten sich vor etwa 0,75 bis 0,6 Milliarden Jahren, parallel zur Entstehung der Tier- und Pflanzenwelt.
Die Forscher haben eine neue Methode entwickelt, die auf einer kombinierten Analyse von genetischen, fossilen und geochemischen Daten beruht. Dieser Ansatz hilft, die frühe Evolution des Lebens besser zu verstehen, insbesondere bei Mikroben, von denen keine Fossilien erhalten sind. Die Methode könnte sich in Zukunft auch für die Untersuchung der Eigenschaften anderer Mikroorganismen als nützlich erweisen.
Die Arbeit wurde von Gergely Szöllősi, leitender Forschungsbeauftragter am HUN-REN Institut für Evolutionswissenschaften und Leiter der Abteilung für modellbasierte Evolutionsgenomik am Okinawa Institute of Science and Technology (OIST), in enger Zusammenarbeit mit Tom Williams (Universität Bristol) und Adrian Davín (Phil Hugenholtz‘ Gruppe, Universität Queensland) koordiniert.
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via hun-ren.hu, Beitragsbild: wikipedia/Von Geomartin – Eigenes Werk