Eine kürzlich veröffentlichte Studie in Naturökologie und Evolution hat einige der Schlüsselprozesse in der marinen mikrobiellen Evolution enthüllt. Laut der Studie unter der Leitung der Universität Uppsala (Schweden) und unter Beteiligung des Institut de Ciències del Mar (ICM-CSIC) aus Barcelona ist es die große Zahl von Lebensraumübergängen – vom Meer zum Land und umgekehrt – in den letzten Jahrmillionen aufgetreten sind, was die große heutige Vielfalt erklärt.
Den Autoren zufolge „ist das Überschreiten der Salzgehaltsgrenze für Organismen nicht einfach, und wenn dies geschieht, sind die daraus resultierenden Übergänge wichtige evolutionäre Ereignisse, die Explosionen der Vielfalt auslösen können.“ Bisher war jedoch nicht bekannt, wie häufig diese Übergänge im eukaryotischen Lebensbaum, der Tiere, Pflanzen und eine Vielzahl eukaryotischer Mikroorganismen umfasst, vorkommen.
Klein, aber sehr vielseitig
Insbesondere hat die jetzt veröffentlichte Arbeit gezeigt, dass mikrobielle Eukaryoten während ihrer Evolution Hunderte von großen Sprüngen vom Meer zum Land und auch zu Süßwasserlebensräumen und umgekehrt gemacht haben. Dies wiederum hat es möglich gemacht, abzuleiten, wo die Vorfahren jeder der mikrobiellen Eukaryotengruppen gefunden wurden.
„Dank der Tatsache, dass wir über gute phylogenetische Bäume und Proben aus verschiedenen Umgebungen verfügen, konnten wir die Habitatübergänge in verschiedenen Gruppen von Eukaryoten analysieren, die in Millionen von Jahren der eukaryotischen Evolution hundertfach stattfanden, was mehr ist als wir Gedanken“, erklärt Ramon Massana, ICM-CSIC-Forscher und einer der Autoren der Studie.
Für seine Ausarbeitung verwendete das wissenschaftliche Team die neuesten Technologien, um die DNA von Mikroben zu sequenzieren, die in Proben leben, die unter anderem in borealen Seen, Waldböden, dem Indischen Ozean und dem Marianengraben gesammelt wurden. Insbesondere stellte das ICM-CSIC Meeresproben zur Verfügung, die während der Malaspina-Expedition in verschiedenen Ozeanen und Wassersäulentiefen gewonnen wurden.
Dank dessen war es möglich, große Evolutionsbäume der in diesen Umgebungen vorkommenden Organismen zu erstellen und sogar eine Reihe von Mustern in der Evolution der Habitatpräferenzen zu beobachten.
„Wir haben festgestellt, dass Organismen im Lebensbaum von Eukaryoten im Allgemeinen danach gruppiert werden, ob sie in den Ozeanen oder in nicht marinen Lebensräumen leben“, erklärt Mahwash Jamy, Forscher an der Universität Uppsala und Hauptautor dieser Studie. In diesem Zusammenhang fügt Jamy hinzu, dass „dieser Befund bestätigt, dass die Anpassung an einen anderen Salzgehalt – oder das Überqueren der Salzbarriere – selbst für Mikroben schwierig ist.“
Dennoch beweist die Studie, dass sich mikrobielle Eukaryoten im Laufe ihrer Evolution mehrere hundert Mal erfolgreich in neuen Lebensräumen etabliert haben. Daher schlagen die Autoren vor, dass es genau diese schwer fassbaren Übergänge waren, die es kolonisierenden Organismen ermöglicht hätten, unbesetzte ökologische Nischen zu besetzen, was zu der großen Vielfalt der heutigen Eukaryoten geführt hätte.
Weitere Hinweise zu den ersten Eukaryoten
Andererseits haben Evolutionsbäume, die aus DNA-Sequenzen erstellt wurden, es den Forschern auch ermöglicht, in die tiefe Vergangenheit zu zoomen und daraus abzuleiten, was die Lebensräume der Vorfahren jeder mikrobiellen Gruppe gewesen sein könnten.
„Es ist wahrscheinlich, dass zwei der größten Gruppen von Eukaryoten, die SARS und die Obozoa, die jeweils größer als beispielsweise Tiere oder Pflanzen sind, in völlig unterschiedlichen Lebensräumen entstanden sind“, sagt Fabien Burki, ebenfalls Forscher an der Universität Uppsala und ein weiterer Hauptautor der Studie.
Laut Burki wäre die SAR-Linie – die Gruppen wie Diatomeen, Ciliaten, Dinoflagellaten, Radiolarien usw. umfasst – zuerst in den präkambrischen Ozeanen entstanden, während der Vorfahre der Obazoa-Gruppe – die sich in Pilze, Tiere und Choanoflagellaten diversifiziert hat und Amöben – könnten in nicht marinen Lebensräumen gelebt haben.“
Dies zeigt einmal mehr, dass das Überschreiten der Salzgehaltsgrenze eine wichtige Rolle bei der Gestaltung der eukaryotischen Evolution gespielt hat. Aus diesem Grund werden sich Experten für zukünftige Forschungen der Genomik zuwenden, um herauszufinden, welche genetischen Mechanismen diesen wichtigen evolutionären Ereignissen zugrunde liegen.
Mahwash Jamy et al, Globale Muster und Raten von Habitatübergängen im eukaryotischen Baum des Lebens, Naturökologie & Evolution (2022). DOI: 10.1038/s41559-022-01838-4
Bereitgestellt vom Institut de Ciències del Mar