Das Ei kam vor dem Huhn

Chromosphaera perkinsii ist eine einzellige Art, die 2017 in Meeressedimenten um Hawaii entdeckt wurde.

Die ersten Anzeichen ihrer Anwesenheit auf der Erde wurden auf über eine Milliarde Jahre datiert, lange vor dem Auftreten der ersten Tiere. Ein Team der Universität Genf (UNIGE) hat beobachtet, dass diese Art mehrzellige Strukturen bildet, die verblüffende Ähnlichkeiten mit Tierembryonen aufweisen. Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass die genetischen Programme, die für die Embryonalentwicklung verantwortlich sind, bereits vor der Entstehung des tierischen Lebens vorhanden waren, oder dass C. perkinsii sich unabhängig entwickelt hat, um ähnliche Prozesse zu entwickeln.

Die Natur hätte demnach schon lange vor der «Erfindung der Hühner» über die genetischen Werkzeuge zur «Erschaffung von Eiern» verfügt. Diese Studie wurde in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.

Von der Einzelzelle zum mehrzelligen Organismus

Die ersten Lebensformen, die auf der Erde auftauchten, waren einzellig, d. h. sie bestanden aus einer einzigen Zelle, wie Hefe oder Bakterien. Später entwickelten sich Tiere – mehrzellige Organismen –, die sich aus einer einzigen Zelle, der Eizelle, zu komplexen Lebewesen entwickelten. Diese Embryonalentwicklung verläuft in präzisen Phasen, die sich bei den verschiedenen Tierarten bemerkenswert ähneln und auf eine Zeit weit vor der Entstehung der Tiere zurückgehen könnten. Der Übergang von einzelligen Arten zu mehrzelligen Organismen ist jedoch noch sehr schlecht verstanden.

Dieser Einzeller trennte sich vor mehr als einer Milliarde Jahren von der tierischen Evolutionslinie und bietet wertvolle Einblicke in die Mechanismen, die zum Übergang zur Vielzelligkeit geführt haben könnten.

Embryoähnliche Kolonien

Bei der Beobachtung von C. perkinsii entdeckten die Wissenschaftler, dass sich diese Zellen, sobald sie ihre maximale Grösse erreicht haben, teilen, ohne weiterzuwachsen, und mehrzellige Kolonien bilden, die den frühen Stadien der Embryonalentwicklung von Tieren ähneln. Diese Kolonien überdauern etwa ein Drittel ihres Lebenszyklus und bestehen aus mindestens zwei verschiedenen Zelltypen, was für diese Art von Organismus überraschend ist.

Obwohl es sich bei C. perkinsii um eine einzellige Art handelt, zeigt dieses Verhalten, dass mehrzellige Koordinations- und Differenzierungsprozesse bereits in der Art vorhanden sind, lange bevor die ersten Tiere auf der Erde auftauchten, erklärt Omaya Dudin, der diese Forschung geleitet hat.

Noch überraschender ist, dass die Art und Weise, wie sich diese Zellen teilen, und die dreidimensionale Struktur, die sie annehmen, frappierend an die frühen Stadien der Embryonalentwicklung bei Tieren erinnern. In Zusammenarbeit mit Dr. John Burns (Bigelow Laboratory for Ocean Sciences) wurden bei der Analyse der genetischen Aktivität in diesen Kolonien verblüffende Ähnlichkeiten mit der von Tierembryonen festgestellt, was darauf hindeutet, dass die genetischen Programme, die die komplexe mehrzellige Entwicklung steuern, bereits vor über einer Milliarde Jahren vorhanden waren.

Marine Olivetta, Labortechnikerin an der Abteilung für Biochemie der UNIGE-Fakultät für Naturwissenschaften und Erstautorin der Studie, erklärt: «Es ist faszinierend, dass eine erst kürzlich entdeckte Art es uns ermöglicht, mehr als eine Milliarde Jahre in der Zeit zurückzureisen.» Die Studie zeigt, dass das Prinzip der Embryonalentwicklung entweder schon vor den Tieren existierte oder dass sich die Mechanismen der mehrzelligen Entwicklung in C. perkinsii separat entwickelt haben.

Diese Entdeckung könnte auch ein neues Licht auf eine seit langem geführte wissenschaftliche Debatte über 600 Millionen Jahre alte Fossilien werfen, die Embryonen ähneln, und könnte bestimmte traditionelle Vorstellungen von der Vielzelligkeit infrage stellen.