Woher kommt alles Leben? LUCA und die drei Domänen | Von LUCA zum Menschen #01

Intro: Der seltsamste Verwandte der Welt[1]

Es gibt ein Lebewesen, das in kochend heißen Vulkanspalten lebt, in konzentrierter Säure gedeiht und ohne Sauerstoff überlebt. Es ist kein Science-Fiction-Konstrukt — es lebt gerade jetzt, auf diesem Planeten. Und es ist mit dir verwandter als mit einem Bakterium.

Alles Leben auf der Erde geht auf einen einzigen gemeinsamen Vorfahren zurück — LUCA, den letzten universellen Vorfahren. Aus ihm entstanden drei fundamentale Äste des Lebensbaums: Bakterien, Archaeen und Eukaryoten. Und obwohl wir die ersten beiden seit Jahrhunderten kennen, haben wir erst in den letzten Jahren verstanden, wie grundlegend verschieden — und wie eng verwandt — sie wirklich sind.

In dieser Serie begleiten wir die Evolution des Lebens von seinen unsichtbaren Anfängen bis zum Menschen. Dieses Video ist der erste Schritt: Wer sind die drei Domänen — und was sagen sie uns über den Ursprung von allem?

Wie ordnet man 4 Milliarden Jahre Leben?[2]

Alles Leben auf der Erde – wirklich alles – geht auf einen einzigen Ursprung zurück. Und trotzdem ist es unglaublich schwer, dieses Leben sinnvoll zu ordnen. Evolution ist mehr als nur eine Theorie – sie ist das Fundament der gesamten Biologie.

Von Genetik über Ökologie bis hin zur Neurobiologie: Alles ergibt erst Sinn, wenn man versteht, wie sich Leben über Milliarden Jahre verändert hat.

Der zentrale Gedanke dabei ist simpel – aber gewaltig: Alle Lebewesen sind miteinander verwandt. Pflanzen, Tiere, Pilze, Mikroorganismen – sie alle gehen auf einen gemeinsamen Vorfahren zurück.

Diese Verwandtschaft lässt sich wie ein riesiger Stammbaum darstellen – ein sogenannter phylogenetischer Baum. Er zeigt, wie sich aus einer Linie immer neue Arten entwickelt haben.

Schon lange vor der Evolutionstheorie hat Carl Linnaeus versucht, Ordnung in dieses Chaos zu bringen. Er entwickelte ein System aus sieben Kategorien, in die er alles Leben einordnete: Art, Gattung, Familie, Ordnung, Klasse, Stamm und Reich. Als er jedoch versuchte, die seiner Meinung nach verschiedenen Lebensformen zu klassifizieren, entdeckte er bald, dass es keine klar voneinander getrennten Kategorien gab, sondern alles in einer Hierarchie von Eltern- und Tochtergruppen angeordnet war. Linneus lebte ein Jahrhundert vor Darwin und hatte zu seiner Zeit noch keine Vorstellung von Evolution. Man ging davon aus, dass Arten unveränderlich seien.

Erst mit Charles Darwin wurde klar, warum diese Hierarchien überhaupt existieren: Weil Leben sich verzweigt – wie ein Baum. Plötzlich ergab alles Sinn: Ähnlichkeiten zwischen Arten sind kein Zufall – sie sind das Ergebnis gemeinsamer Abstammung.

Wir Menschen sind zum Beispiel nicht nur eine eigene Art. Wir sind gleichzeitig Säugetiere, Primaten – und sogar Menschenaffen. Und genau hier wird es kompliziert:

Manche Tiere sind sich ähnlicher als andere – aber passen nicht sauber in ein starres System von Linnes Kategorien. Bleiben wir bei der Klasse der Säugetiere: es gibt über 25 Säugetierordnungen: Nagetiere, Primaten, Raubtiere, Paarhufer usw. aber manche dieser Ordnungen sind enger miteinander verwandt als mit anderen. Z. B. gleichen sich alle Ordnungen der Beuteltiere untereinander mehr als mit den restlichen Säugetieren. Beuteltiere und die sogenannten Plazentatiere gleichen sich aber mehr als die eierlegenden Säugetiere wie das Schnabeltier. Diese Gruppierungen würden dann zwischen Ordnung und Klasse vermitteln und es ließe sich mit Sicherheit noch feiner unterteilen. Solche Fälle zeigen:

Die klassischen Kategorien sind oft zu grob. Deshalb braucht man ein besseres Prinzip, um Leben zu ordnen: Nicht nur nach Ähnlichkeit – sondern nach echter Verwandtschaft. In der modernen Biologie spricht man hier von evolutionären Abstammungsgemeinschaften, den sogenannten monophyletischen Gruppen: Das ist eine Gruppe von Organismen, die alle von einem gemeinsamen Vorfahren abstammen – und wirklich alle seine Nachfahren umfassen. Diese Gruppen erkennt man an gemeinsamen evolutionären Neuerungen – sogenannten Apomorphien.

Drei Domänen — eine Entscheidung, die alles änderte[3]

Wie das Leben entstanden ist, das ist eine spannende Frage, die ich in anderen Videos behandelt habe und hier aus Zeitgründen nicht behandelt werden soll. Aber wie das Leben auch entstanden ist, es existiert, floriert und lässt sich nach obigen Prinzipien einteilen.

Alle Lebewesen gehen auf einen gemeinsamen Vorfahren zurück, den Last Universal Common Ancestor oder kurz LUCA. LUCA war nicht unbedingt das erste Lebewesen, sondern das einzige, welches Nachkommen hinterließ. LUCA muss auch nicht eine einzelne Zelle gewesen sein, man geht eher davon aus, dass er eine Art „wabernde Masse“ war, in der genetisches Material ständig ausgetauscht wurde. Schließlich kristallisierten sich zwei Hauptlinien, genauer gesagt Domänen des Lebens, heraus: die Bakterien und Archaeen. Sie sind, wenn man so will, der tiefste Zweig im Stammbaum des Lebens.

Für das ungeübte Auge sehen Bakterien und Archaeen identisch aus und wurden früher als Prokaryoten, also Zellen ohne Zellkern, bezeichnet, doch sie unterscheiden sich in einigen Aspekten wie Tag und Nacht. Sie teilen sich denselben genetischen Code und bei der Proteinsynthese, also dem Prozess wie DNS in RNA und dann in Protein umgeschrieben wird, nutzen sie dieselben Enzyme, Ribosomen und tRNAs. Doch in ihrer Zellteilung, also wie sie ihre DNS vermehren unterscheiden sie sich komplett: Bakterien besitzen einen einzigen Replikationsursprung. Das ist der Bereich des Genoms, an der die Vermehrung, die Replikation, der DNS beginnt. Archaeen haben mehrere Replikationsursprünge. Die Vermehrung der DNS geschieht auch mittels verschiedener Enzyme, bei Bakterien mit der DNA-Polymerase III, Archaeen mit der Familie-B-Polymerasen, die trotz des Ähnlichen Namens sich strukturell von jenen der Bakterien unterscheiden. Das Genom ist zudem anders organisiert: In Archaeen ist die DNA mit sogenannten Histonproteinen assoziiert, in Bakterien nicht.

Beide Domänen betreiben Stoffwechsel und die frei gewordene Energie wird in Form des ATP gespeichert. Hierfür haben sie in ihrer Zellmembran die ATP-Synthase zur Bildung des ATPs. Gleichzeitig unterscheiden sie sich aber in der Zusammensetzung ihrer Zellmembran und Zellwand. Stell dir die Zellwand wie eine Schutzmauer vor. Bakterien bauen sie aus einem bestimmten Material — Archaeen nutzen eine vollständig andere Baustoffpalette. Bakterien haben Fettsäuren, die durch Esterbindungen mit Glycerin verknüpft sind. Archaeen verfügen über verzweigte Isoprenketten, die mittels Etherbindungen mit Glycerin verbunden sind, was sie in extremen Umweltbedingungen stabiler machen kann.  Viele von ihnen sind zum Beispiel hyperthermophil und leben in heißen Quellen bei Temperaturen von bis zu 110°C, andere sind anaerobe Methanproduzenten und wieder andere sind stark salztolerant und werden daher als extrem halophil bezeichnet. Die Zellwand der Bakterien verfügt zudem über Peptidoglycan, auch Murein genannt, die bei Archaeen fehlt und den Bakterienzellen Schutz und Stabilität verleihen. Peptidoglycan besteht aus Zuckerketten und Peptidbrücken und je nach dicke der Zellwand kann man zwischen gram-positiven und gram negativen Bakterien unterscheiden. Archaeen haben eine anders zusammengesetzte Zellwand. Sie enthält kein Murein, sondern besteht meist aus Proteinen, Glykoproteinen oder Pseudomurein. Die häufigste Struktur ist eine kristalline S-Layer, die Stabilität verleiht. Das Pesudomurein, die einige Archaeen haben, unterscheidet sich in den chemischen Bindungen vom Murein der Bakterien.

Bakterien und Archaeen wirken auf den ersten Blick ähnlich – und in gewisser Weise sind sie das auch. Beide nutzen DNA als Erbgut, produzieren Energie über ATP und bauen ihre Proteine nach denselben Grundprinzipien. Das spricht klar für einen gemeinsamen Ursprung.

Aber: Wenn man genauer hinschaut, zeigen sich fundamentale Unterschiede – etwa in ihrer Zellwand oder bei der Zellteilung. Und genau das ist spannend: Für dieselben grundlegenden Probleme haben sie unterschiedliche Lösungen entwickelt. Das deutet darauf hin, dass sich ihre evolutionären Wege früh getrennt haben.

Dieses Bild passt erstaunlich gut zu einer der führenden Hypothesen zum Ursprung des Lebens: den Hydrothermalquellen der Tiefsee. In diesen extremen Umgebungen könnten in winzigen Gesteinsporen erste Stoffwechselprozesse entstanden sein – lange bevor es überhaupt echte Zellen gab. Erst später, mit der Entwicklung von Zellmembranen und der Fähigkeit zur Vermehrung, entstanden unterschiedliche Strategien – und daraus schließlich die beiden Domänen: Bakterien und Archaeen.[4]

Was frühe Einzeller vereint[5]

Wie kann aber bei der Vielfalt des Lebens die Eigenschaften von LUCA rekonstruiert werden? Man kann sich hier, wie bei der Erstellung von Stammbäumen üblich, eines Top-Down-Ansatzes bedienen. Beim Top-Down-Ansatz würde man die Eigenschaften der heute lebenden Organismen nehmen, nach deren Gemeinsamkeiten suchen und so mittels der Erstellung phylogenetischer Stammbäume den Zustand von LUCA festhalten, z. b. wie LUCA seinen Stoffwechsel betrieb, welche Gene notwendig waren etc. Hier besteht aber die Herausforderung, dass die beiden Domänen Bakterien und Archaeen zum horizontalen Gentransfer in der Lage sind. Horizontaler Gentransfer bezeichnet eine Übertragung von genetischem Material nicht entlang von einer Generation zur darauffolgenden, sondern „horizontal“ von einem Organismus in einen bereits existierenden anderen hinein. Die phylogenetische Systematik geht von einer vertikalen Vererbung aus: von Eltern- zu Tochter-Generationen. Über Generationen hinweg werden die Gene hauptsächlich innerhalb einer Art weitergegeben. Populationen, die reproduktiv isoliert sind, divergieren im Laufe der Zeit langsam, da die Interaktionen zwischen ihnen abnehmen, und bilden schließlich neue Arten. Daraus ergibt sich der verzweigte Baum des Lebens. Bei den meisten Lebewesen, so auch bei allen Tieren, Pflanzen und Pilzen, herrscht diese Form der Vererbung vor und horizontalter Gentransfer ist eine Ausnahme. Nicht aber bei Bakterien und Archaeen, die neben der vertikalen Vererbung auch zum horizontalen Gentransfer in der Lage sind. Um das zu verbildlichen: stellt euch vor, Tiere wären in der Lage ihre Gene wie Kleingeld innerhalb einer Generation, also horizontal, auszutauschen. Bakterien-Art A kann z. B. Gene von Bakterienart B aufnehmen und ihm so völlig neue Eigenschaften, z. B. neue Stoffwechselwege oder Toleranzen gegenüber Temperaturen, gewinnen. Manche Bakterienarten können sich so bis zu 30% in ihrem Genom unterscheiden – was eine Phylogenie schwierig aber nicht unmöglich macht. Denn auch wenn durch den horizontalen Gentransfer die genauen Verwandtschaftsverhältnisse zwischen den einzelnen Gruppen verwischt, zeigen alle phylogenetischen Analysen, dass die Trennung in zwei Domänen, Bakterien und Archaeen, die tiefste Divergenz im Stammbaum des Lebens darstellt. Die Wurzel des Stammbaums ist lediglich etwas verwobener und vielleicht ein wenig unübersichtlich, aber nicht völlig willkürlich. Das erklärt aber auch, weshalb ich LUCA vorhin als „waberne Masse“ und nicht als eine einzelne Zelle bezeichnet habe, da bei diesem protobiotischen Zustand sicherlich ebenfalls ein horizontaler Gentransfer stattfand. Um die Eigenschaften des gemeinsamen Vorfahren der Bakterien und Archaeen zu bestimmen, also ein “passendes Foto” von LUCA zu machen, müssen wir uns auf Gene stützen, die als Universalgene gelten, also nicht in nur einzelnen Gruppen vorkommen, sondern überall verteilt sind. Das minimiert zumindest die Möglichkeit, dass diese Gene durch frühen horizontalen Gentransfer weitergegeben wurden. Ein solches Gen ist z. B. die ribosomale RNA der Ribosomen – kleine Proteinnetzwerke, in denen die Proteinsynthese stattfindet: eine Eigenschaft, die LUCA mit Sicherheit besaß.[6] Diese und weitere Gene erlauben, die Basis an der Wurzel der zwei Domänen zu rekonstruieren und so die Eigenschaften des frühen Lebens zu bestimmen. Sicherlich genug Stoff für viele weitere Videos. Lernen wir aber die Vielfalt der beiden Domänen kurz kennen.

Bakterien: Die unsichtbaren Herrscher der Erde[7]

Beginnen wir mit den Bacteria:

Die genetische Vielfalt der Bakterien wirkt geradezu unüberschaubar. Die verschiedenen evolutionären Linien der Domäne der Bakerien werden im englischen als bacterial phylum bezeichnet, zu Deutsch Bakterien-Phylum. Phylum ist ein Begriff in der Taxonomie, der recht häufig fällt, vor allem im Zusammenhang mit der Zoologie und wird dort auch als Stamm bezeichnet. So werden im Tierreich über 30 Stämme anerkannt und alle Wirbeltierklassen, sowie die Manteltiere und Lanzettfischchen bilden den Stamm bzw. Phylum der Chordaten. Das Phylum der Bakterien ist nicht ranggleich mit jenem des Tierreichs und als Stamm können sie nicht übersetzt werden, da Bakterienstämme bestimmte genetische Varianten bzw. Populationen einer Bakterienart sind. Zwar ist die genaue Definition eines bakteriellen Phylums umstritten, doch lautet eine gängige Definition, dass ein bakterielles Phylum eine monophyletische Abstammungslinie von Bakterien ist, deren 16S-rRNA-Gene, also eine bestimmte in allen Lebewesen vorkommende Gensequenz, eine Sequenzidentität von mindestens 75 % aufweisen. Ein darunter liegender Wert rechtfertigt so die Eingliederung in ein eigenes Phylum. Es wird auch diskutiert, wie viele Bakteria-Phyla es gibt. Eine Datenbank aus dem Jahr 2020 erkennt 41, eine andere 89 an. Eine Studie postuliert sogar die Existenz von 1.300. Dieser Widerspruch hat einen einfachen Grund: Über 70 % aller Bakterien können wir im Labor gar nicht züchten. Das heißt, wir kennen sie nicht gut genug, um klare taxonomische Aussagen zu machen. Diese bislang unerforschten Gruppen nennt man Kandidaten-Phyla. Des Weiteren werden immer neue Bakterienarten beschrieben. Wissenschaftlich anerkannt sind etwa 30.000 (und damit deutlich weniger als bekannte Tierarten), doch die Dunkelziffer liegt weit höher – einige gehen sogar von einer Billionen Mikrobenarten aus! Es ist unmöglich euch die komplette Vielfalt der Bakterien vorzustellen, weswegen ich exemplarisch einige wenige erwähne, die für unsere Evolution eine wichtige Rolle spielen:

Einmal das Phylum der Pseudomonadota, zu denen viele wichtige stickstofffixierende Bakterien und Krankheitserreger gehören. Hierzu gehören Gattungen wie Pseudomonas, von denen einige Arten Pflanzen befallen und mit Pseudomonas aeruginosa haben wir auch einen Antibiotika-Resistenten Krankenhauskeim. Weiterhin haben wir mit der Gattung Vibrio auch bekannte Humanpathogene, wie Vibrio cholerae, dem Cholara-Erreger. Auch die Enterobakterien gehören zu den Pseudomonadota, deren bekanntesten Verteter die Coli-Bakterien, die wichtige Modellorganismen in der Genetik und Medizin sind. In dieses Phylum gehören auch die Alphaproteobakteria, aus denen die Mitochondrien unserer Zellen hervorgegangen sind. Das Phylum der Chlorobiota umfasst die Grünen Schwefelbakterien, die eine anoxygene Photosynthese betreiben. Das bedeutet bei ihrer Photosynthese wird kein Sauerstoff frei, sondern verschiedene Schwefelverbindungen. Vielfältig sind auch die Bacillota, zu der neben pathogenen Arten wie Clostridium botulinum, welche Botulismus, also die Fleischvergiftung verursacht und Bacillus anthracis, dem Erreger von Milzbrand auch einige nützliche Gattungen zu finden sind. Erwähnenswert ist die Gattung Lactococcus, die Milchsäurebakterien. Ein anderes Phylum der Bacteria sind die Cyanobacteriota. Sie werden manchmal auch als Blaualgen bezeichnet, obwohl sie keine Algen sind. Sie betreiben Photosynthese und sind die Vorfahren der Chlorplasten der Pflanzenzellen. Das Phylum der Chlamydiales ist hingegen etwas unangenehm, denn sie verursachen Geschlechtskrankheiten. Ihr seht, man könnte Stundenlang über Bakterien reden, ich belasse es aber hierbei. Für alle interessierten, habe ich mal in der Videobeschreibung einen Link zur gesamten Systematik der Bakterien gesetzt.

Archaeen: Überlebenskünstler aus der Frühzeit des Lebens[8]

Archaeen sahen lange wie einfache Bakterien aus — bis wir genauer hinschauten. Die Domäne der Archaea zeichnet sich ebenfalls durch eine hohe Diversität aus. Die meisten der bisher bekannten Archaeen sind Extremophile, d. h. den extremen Bedingungen ihrer Biotope angepasst. Viele Vertreter besitzen die Fähigkeit, bei sehr hohen Temperaturen (Hyperthermophile über 80 °C), sehr niedrigen oder sehr hohen pH-Werten (Acidophile bzw. Alkaliphile), hohen Salzkonzentrationen (Halophile) oder hohen Drücken (Barophilie) zu leben. Die verschiedenen Phyla der Archaeen, werden in einige Superphyla zusammengefasst. Die meisten Archaeen gehören zu den Euryarchaeota, zu denen u. a. die Methanogenen gehören. Das zweite Superphylum wird als DPANN zusammengefasst. Archaeen dieses Superphylums wurden 2022 in der mikrobiellen Gemeinschaft der bis dato weltweit kältesten und salzigsten Quelle, Lost Hammer Spring (Axel Heiberg Island, Nunavut, Kanada) gefunden.[9] Die Verhältnisse dort sind ähnlich, wie man sie an einigen Stellen des Mars, sowie auf den Monden Europa und Enceladus vermutet.

Das dritte Superphylum sind die Proteoarchaeota, die zwei Supergruppen vereinen: das TACK-Superphylum und die für uns relevanten Asgardarchaeota. Die ersten Vertreter dieser Gruppe wurden 2015 nahe des Loki-Castle entdeckt, einer hydrothermalen Tiefseequelle im Nordatlantik. Nach ihrem Fundort erhielten diese Archaeen den Namen Lokiarchaeota. Wenig später wurden weitere verwandte Archaeenstämme entdeckt, die man dann alle als Asgard-Archaeota zusammenfasst. Sie haben einige Gene, die auch in einer völlig anderen Gruppe von Organismen vorkommen, die man als dritte Domäne bezeichnet: die Eukaryoten, den Zellen mit einem Zellkern, zu der auch wir Menschen gehören. Eine untersuchte Asgard-Archeota-Spezies, Lokiarchaeum, hat etwa 5.800 proteincodierende Gene und 175 von ihnen finden sich sonst nur bei Eukaryoten. Das sind Gene, die mit dem Cytoskelett zusammenhängen. Das Cytoskelett ist ein dynamisches Netzwerk aus Proteinfäden (sogenannten Filamenten) im Zellplasma eukaryotischer Zellen, das mechanische Stabilität verleiht, die Zellform bestimmt und den intrazellulären Transport ermöglicht. Einige dieser Proteine sind entscheidend für Phagocytose, bei der Zellen andere Partikel oder gar andere Zellen aufnehmen, quasi verschlucken, können. Wir kennen diese Eigenschaft z. B. von Amöben oder unseren Immunzellen. Und: Diese Eigenschaft ist entscheidend für die Entstehung der Eukaryoten.

Eukaryoten: Die Chimäre, die wir sind[10]

Zu den Eukaryoten gehören Tiere, Pflanzen, Pilze und eine Vielfalt einzelliger Organismen wie Amöben, Pantoffeltierchen und Grünalgen, die man früher in das Linneische Reich der Protista zusammengefasst hat. Diese stellen aber keine monophyletische Abstammungsgemeinschaft dar, weil z. B. einige einzellige Organismen näher mit Tieren verwandt sind als mit anderen Einzellern. Ihre Zellen sind deutlich komplexer gebaut als jene der Bakterien und Archaeen. Allen voran ist der Zellkern zu nennen, in der sich die DNA befindet. Zudem finden sich ein komplexes inneres Membransystem und eine Reihe von Zellorganellen, die wichtige Stoffwechselfunktionen übernehmen. Es ist bekannt, dass einige dieser Zellorganellen, so die Mitochondrien und Chloroplasten, ehemalige Bakterien waren.

Die Entstehung der Eukaryoten wird mit der Endosymbiontentheorie erklärt. Seit Langem ist bekannt, dass bestimmte Organellen wie Mitochondrien und Chlorplasten der Eukaryotenzelle von einer eigenen, bakterienähnlichen Zellmembran umgeben sind. Mitochondrien und Chloroplasten haben zudem ein eigenes bakterielles Genom. Diese als Endosymbiontentheorie vertretene Erklärung der Entstehung der Eukaryoten wurde von Lynn Margulis vertreten.[11]

Die Entstehung der Eukaryotenzelle war ein gradueller Prozess: Eine Wirtszelle nahm ein Bakterium auf, indem es dieses mit Ausstülpungen seiner äußeren Zellmembran umschloss. Dieser Prozess wird als Phagozytose bezeichnet und das können auch viele Einzeller, z. b. Amöben oder auch unsere Immunzellen. Das eingeschlossene Bakterium wurde zum Mitochondrium. Die Wirtszelle zapfte die Energie- und Lipidproduktion des Bakteriums an, und aus den durch die Einstülpung eingeschlossenen Membranabschnitten entwickelten sich weitere Zellorganellen wie beispielsweise der Zellkern und das endoplasmatische Retikulum. Analoges trifft auf die Chloroplasten zu.

Dass die Endosymbiose nicht nur hypothetisch ist, zeigt, dass sie im Labor reproduziert wurde. Eine Algenzelle verschlang eine Bakterienzelle mit der Fähigkeit, atmosphärischen Stickstoff zu verstoffwechseln, und diese wurde zu einer Organelle der größeren Zelle, die wir Nitroplast nennen.[12]

Die Wirtszelle war aber lange Zeit unbekannt und diese musste eines können, was man von Bakterien und Archaeen bis zur Entdeckung der Asgard-Archaeen nicht kannte: die Phagocytose. Es war aber lange Zeit bekannt, dass die Eukaryoten mit den Archaeen gewisse Gemeinsamkeiten teilen, nicht jedoch mit Bakterien: Die Zellmembran von Eukaryoten ähnelt eher jenen der Archaeen und auch die Vermehrung der DNA ist bei beiden ähnlich. Die Asgard-Archaeota verfügen aber über weitere Eigenschaften, die eine Phagocytose ermöglichen: Aktin. Aktin gehört zum sogenannten Cytoskelett eukaryotischer Zellen und ist ein wichtiger Bestandteil für die Phagocytose, also der Fähigkeit, dass eine Zelle eine andere verschlucken kann. Wenn Asgard-Archaeota über dieses Protein verfügten, dann auch ihre Vorfahren, die potentielle Kandidaten einer Wirtszelle für die Endosymbiose darstellen. Das würde dann auch heißen, dass Eukaryoten nicht die Schwestergruppe der Archaeen sind, sondern aus diesen direkt hervorgegangen sind, da die Asgard-Archaeen näher mit den Eukaryoten verwandt sind, als mit anderen Archaeen.[13]

Outro

Das also ist der Lebensbaum in seiner tiefsten Gliederung: Bakterien auf der einen Seite — die ältesten, vielfältigsten Lebensformen der Erde. Auf der anderen Seite die Archaeen, lange unterschätzt, heute als nächste Verwandte der Eukaryoten anerkannt. Und wir — alle Tiere, Pflanzen, Pilze — sind eine Chimäre: zusammengesetzt aus uralten Zellen, die sich irgendwann nicht gefressen, sondern vereint haben.

Wie genau diese Vereinigung ablief — wie aus einem Archaeon und einem Bakterium eine vollkommen neue Zellform entstand, die alles Komplexe ermöglichte — das ist die Geschichte der Endosymbiose. Und die erzählen wir im nächsten Video. Wenn euch dieses Video gefallen hat: Abonnieren lohnt sich — die Serie geht direkt weiter. Und schreibt in die Kommentare: Welchen Aspekt der Archaeen findet ihr am faszinierendsten?

[1] Wer einen guten Überblick über die Vielfalt der drei Domänen als ganzes bekommen möchte, dem empfehle ich folgende Literatur:

  • Campbell, N.A., Reece, J.B. et al: Biology (z.B. 12. Auflage, 2020), Kapitel 26 und 27
  • Madigan, M.T., et al.: Brock Biology of Microorganisms (aktuelle Auflagen, z.B. 16. Auflage, 2021)
  • Sadava, D., et al. (2019): Purves Biologie. Berlin Heidelberg New York: Springer-Verlag, Kapitel 25 und 26

[2] Hier kann ich, für eine vertiefte Analyse, mein Kladistik-Tutorial empfehlen: https://www.youtube.com/playlist?list=PLE4E3dIjG1pjlDIFW97g6Yhpj_NAPgWA4

[3] Zu den Unterschieden zwischen Bakterien und Archaeen siehe Fußnote 1

[4] Zur Entstehung des Lebens in den Hydrothermalquellen siehe (Auswahl):

[5] Klassische Arbeiten & Reviews zur Domäneneinteilung:

[6] Siehe:

[7] Überblick über die Vielfalt der Bakterien-Phyla (Auswahl):

Zur Vielfalt/Artenreichtum der Bakterien (Auswahl):

 

[8] Zur Phylogenie der Archaea:

[9] Magnuson, E et al. (2022). Active lithoautotrophic and methane-oxidizing microbial community in an anoxic, sub-zero, and hypersaline High Arctic spring. ISME J 16, 1798–1808. https://doi.org/10.1038/s41396-022-01233-8

[10] Zur Phylogenie der Asgard-Archaeota, insbesondere im Zusammenhang mit der Entstehung der Eukaryoten siehe:

[11] Klassische Literatur zur Endosymbiontentheorie:

  • Margulis, L (1967). On the origin of mitosing cells. Journal of Theoretical Biology 14(3): 225–274. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/11541392/
  • Margulis, L (1970). Origin of Eukaryotic Cells. Yale University Press, New Haven 1970.
  • Margulis, L, Sagan, D (1997). Microcosmos: Four Billion Years of Microbial Evolution, University of California Press, Berkeley, 1997, ISBN 978-0520210646

[12] Siehe:

[13] Siehe:

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