Von allen Organismen, die Photosynthese betreiben, haben Landpflanzen den komplexesten Körper. Wie ist diese Morphologie entstanden? Ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung der Universität Göttingen hat sich eingehend mit der Evolutionsgeschichte der morphologischen Komplexität von Streptophyten befasst, zu denen Landpflanzen und viele Grünalgen gehören.
Die Forschung des Teams ermöglichte es ihnen, in die Vergangenheit zu reisen und Abstammungslinien zu untersuchen, die lange vor der Existenz von Landpflanzen entstanden waren. Ihre Ergebnisse revidieren das Verständnis der Beziehungen einer Gruppe filamentöser Algen-Landbesiedler, die viel älter sind als Landpflanzen. Mithilfe moderner Gensequenzierungsdaten können Forscher die Entstehung der Mehrzelligkeit auf die Zeit vor fast einer Milliarde Jahren zurückführen. Die Ergebnisse waren veröffentlicht im Tagebuch Aktuelle Biologie.
Die Studie konzentrierte sich auf Klebsormidiophyceae, eine Klasse von Grünalgen, die für ihre Fähigkeit bekannt ist, weltweit verschiedene Lebensräume zu besiedeln. Das Forscherteam führte umfangreiche Probenahmen durch und untersuchte Lebensräume von Bächen, Flüssen und Seeufern bis hin zu Mooren, Böden, natürlichen Felsen, Baumrinde, sauren Bergbaufolgestandorten, Sanddünen, Stadtmauern und Gebäudefassaden.
„Es ist wirklich faszinierend, dass diese winzigen, robusten kleinen Organismen eine so große Vielfalt in ihrer Morphologie aufweisen und zudem äußerst gut an das Leben in teilweise sehr rauen Umgebungen angepasst sind“, sagt Dr. Tatyana Darienko vom Institut für Mikrobiologie und Genetik der Universität Göttingen.
Ziel dieser umfassenden Probenahme war es, eine globale Verbreitungskarte der Klebsormidiophyceae zu erstellen und deren Anpassungsfähigkeit, ökologische Bedeutung und verborgene Vielfalt hervorzuheben. Basierend auf genetischen Daten, die durch Fossilien kalibriert wurden, führten die Forscher „molekulare Uhrenanalysen“ durch.
Während sie sich mit der komplexen Evolutionsgeschichte der Klebsormidiophyceae befassten, standen die Forscher vor der Herausforderung, phylogenetische Beziehungen mithilfe traditioneller Marker aufzuklären. Um dieses Problem zu lösen, verwendeten sie Hunderte von Genen, die aus den Transkriptomen von 24 Isolaten aus verschiedenen Kontinenten und Lebensräumen gewonnen wurden.
„Unser als Phylogenomik bekannter Ansatz bestand darin, die Evolutionsgeschichte unter Berücksichtigung ganzer Genome oder großer Teile von Genomen zu rekonstruieren“, erklärt Dr. Iker Irisarri, Leibniz-Institut zur Analyse des Biodiversitätswandels. „Diese äußerst leistungsfähige Methode kann evolutionäre Zusammenhänge mit sehr hoher Präzision rekonstruieren.“
Die Forschung ergab einen neuen phylogenomischen Lebensbaum der Klebsormidiophyceae, der in drei Ordnungen unterteilt ist.
„Dieser tiefe Einblick in das phylogenomische Gerüst und unsere molekulare Uhr enthüllte den alten Vorfahren der Klebsormidiophyceae – ein vielzelliges Wesen, das vor Millionen von Jahren gedieh, dessen Nachkommen vor über 800 Millionen Jahren begannen, sich in drei verschiedene Zweige aufzuspalten“, sagt Maaike Bierenbroodspot, Ph.D. Forscher in Angewandter Bioinformatik, Universität Göttingen.
Diese Ergebnisse wurden verwendet, um die Evolutionsgeschichte der Mehrzelligkeit innerhalb von Streptophyten zu untersuchen. Die Studie zeigte, dass ein alter gemeinsamer Vorfahre von Landpflanzen, anderen Streptophytenalgen und Klebsormidiophyceen bereits vielzellig war.
Professor Jan de Vries vom Institut für Mikrobiologie und Genetik der Universität Göttingen kommt zu dem Schluss: „Dieser Befund wirft Licht auf das genetische Potenzial für Mehrzelligkeit bei Streptophyten und weist auf einen uralten Ursprung dieses entscheidenden Merkmals vor fast einer Milliarde Jahren hin.“
Mehr Informationen:
Maaike J. Bierenbroodspot et al., Phylogenomische Einblicke in den ersten mehrzelligen Streptophyten, Aktuelle Biologie (2024). DOI: 10.1016/j.cub.2023.12.070