Wissenschaftler haben lange darüber nachgedacht, wie und wann die Evolution von Prokaryoten zu Eukaryoten stattgefunden hat. Ein kooperatives Forschungsteam der Universität Tohoku und der Universität Tokio hat möglicherweise einige Antworten geliefert, nachdem es neue Arten von Mikrofossilien entdeckt hat, die 1,9 Milliarden Jahre alt sind.
Details ihrer Ergebnisse wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Präkambrische Forschung am 19. August 2022.
Die Gunflint-Formation durchquert den nördlichen Teil von Minnesota bis nach Ontario entlang der nordwestlichen Ufer des Lake Superior. Die ersten bakteriellen Mikrofossilien wurden dort 1954 entdeckt, wobei Gunflint-Mikrofossilien heute als „Benchmark“ auf dem Gebiet der Lebensevolution anerkannt sind.
Seit den 1970er Jahren wurde jedoch nur wenig Forschung zur Vielfalt der Gunflint-Mikrofossilien durchgeführt, und es wurden keine schlüssigen Beweise für eukaryotische Mikrofossilien gemeldet.
Um die Mikrofossilien neu zu bewerten, führte das Forschungsteam eine geologische Untersuchung der Formation Gunflint durch und sammelte Gesteine, die Mikrofossilien enthalten. Nach der Untersuchung der dreidimensionalen Form und Größenverteilung der Mikrofossilien entdeckten sie fünf Arten von Mikrofossilien: koloniale, ellipsoide, intrazelluläre Einschlüsse tragende (ICI), stachelige und schwanztragende Typen.
„Die neu gefundenen sind funktionaler“, sagte der Leiter des Teams, Kohei Sasaki, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Tohoku-Universität. „Die ellipsoidischen Mikrofossilien ähneln modernen Cyanobakterien, die sich entwickelt haben, um ihre Toleranz gegenüber rauen Umgebungen zu verbessern, während chemische Analysen zeigten, dass die ICI-Mikrofossilien voller Nährstoffe waren.“
Dies ist ein Beweis dafür, dass sich die Mikroorganismen entwickelt haben, um Nährstoffe zu speichern, die Umweltstress überstehen könnten.
Unterdessen zeigten die stacheligen und schwanztragenden Typen Merkmale, die für die Beweglichkeit und den Nährstofftransfer zwischen Zellen vorteilhaft sind, ein typisches morphologisches Merkmal von Eukaryoten.
„Obwohl die Größe von Zellen per Definition prokaryotisch ist, hatten sie bereits eukaryotische Funktionen entwickelt“, fügte Sasaki hinzu. Dies deutet darauf hin, dass Prokaryoten möglicherweise vor der Entstehung von Eukaryoten vor 1,8–1,6 Milliarden Jahren damit begonnen haben, ihre Funktionen zu diversifizieren und sich auf die Evolution vorzubereiten.
Das Team spekuliert, dass die einzigartige Umgebung zu dieser Zeit die unterschiedliche Ausbreitung mikrobieller Formen erleichterte. Die Kollision von Landmassen beschleunigte die oxidative Verwitterung vom frischen Kontinent zum Ozean. Dies erhöhte die Nährstoffversorgung und erhöhte die Meerwassertemperaturen, was die Meeresumwelt instabil machte.
„Unter solchen Bedingungen diversifizierten Mikroorganismen wahrscheinlich ihre Morphologie als Überlebensstrategie und ebneten den Weg für die Entwicklung von Eukaryoten“, fuhr Sasaki fort.
Die bahnbrechende Entdeckung von Sasaki und seinem Team wird Wissenschaftlern dabei helfen, den Zeitpunkt und die Faktoren zu bestimmen, die die Entwicklung von Prokaryoten zu Eukaryoten eingeleitet haben, was nicht nur geologische Bedeutung hat, sondern auch die Bereiche der Biowissenschaften und der Evolutionsbiologie unterstützt.
Kohei Sasaki et al, Evolutionäre Diversifizierung paläoproterozoischer Prokaryoten: Neue Mikrofossil-Aufzeichnungen in der 1,88-Ga-Gunflint-Formation, Präkambrische Forschung (2022). DOI: 10.1016/j.precamres.2022.106798