Amöbe wirft Licht auf Evolution der Photosynthese

Zwischenschritt bei Entstehung des biochemischen Prozesses entdeckt

Die Amöbe als Zwischenschritt bei der Entwicklung der Photosynthese der Pflanzen (Foto: E. Nowack)

Jena (pte015/28.03.2008/12:32) Eine Studie an der Amöbe Paulinella chromotophora könnte wichtige Aufschlüsse zur Evolutionsgeschichte der Photosynthese geben. Man geht davon aus, dass Pflanzen die Fähigkeit zu dem biochemischen Prozess durch die Verschmelzung, die Endosymbiose, mit sogenannten Cyanobakterien erlangt haben. Diese können eigenständig Sonnenlicht in chemische Energie umwandeln. Pflanzen machen sich diese Eigenschaft zu nutze. "Diese Theorie gilt als bewiesen, aber wie genau die Entwicklung vor sich gegangen ist, ist noch nicht geklärt", so Forscher Gernot Glöckner vom Fritz-Lipmann-Institut in Jena http://www.fli-leibniz.de auf Anfrage von pressetext. Glöckners Untersuchungen zeigen nun, dass die Paulina chromotophora den entscheidenden Zwischenschritt zur Photosynthese bei Pflanzen darstellen könnte.

Demnach entstanden sowohl Chloroplasten, die Photosynthese-Zellen der Pflanzen, als auch Chromatophoren, mithilfe derer die Amöbe chemische Energie erzeugt, durch die Symbiose mit den Cyanobakterien. "Chloroplasten sind aber wesentlich stärker 'versklavt' als Chromatophoren, deshalb nehmen wir an, dass letztere einen evolutionären Zwischenschritt darstellen", erklärt Glöckner. "Wenn wir verstehen, wie die genetische Integration zwischen Wirtszelle und dem einst einverleibten Organismus verläuft, sind wir einen großen Schritt weiter."

"Um den entwicklungsgeschichtlichen Parallelen zwischen den beiden Photo-Energie-Systemen auf den Grund zugehen, haben wir die Genomsequenz der Chromatophoren der Paulinella analysiert und mit dem Genom der Chloroplasten der Pflanzen sowie frei lebenden Cyanobakterien verglichen", so Glöckner. Die Kodierungskapazität der Chromatophoren überstieg die der Chloroplasten um das Fünffache. Während die Chromatophoren die Fähigkeit der Cyanobakterien behalten haben, autonom Photosynthese zu betreiben, ist bei Chloroplasten ein Teil der verantwortlichen Gene in den Kern der Wirtszelle verlegt worden.
"Wir verstehen die Entwicklung solcher Zellorganellen als zweistufigen Prozess", erklärt Glöckner. "Im ersten Schritt, im Fall der Chromatophoren, geraten der Wirt und die Cyanobakterien durch den Austausch von Stoffen immer mehr in Abhängigkeit. Im Zuge des zweiten Schrittees verlagern sich die Gene des einverleibten Organismus, wie bei den Chloroplasten, in den Zellkern der Wirtszelle, der damit die totale regulatorische Hoheit über das Organell übernimmt."

Die Untersuchungen gestalten sich schwierig, so Glöckner. Denn nur an zwei Fällen, den Chloroplasten der Pflanzen und den Chromatophoren der Paulinella, könne die Evolution rekonstruiert werden. Um ein umfassenderes Bild der genetischen Integrationsprozesse bei der Amöbe zu bekommen, müsste nun das Genom der Wirtszelle sequenziert werden. Dieses Vorhaben erweise sich jedoch als äußerst aufwändig und kostspielig. "Denn in punkto genetischer Ausstattung steht die Amöbe uns Menschen in nichts nach", so Glöckner. "Langfristig wird das Projekt durchgeführt werden, aber es ist sehr schwierig, das Vorhaben schnell zu finanzieren."

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