Es war möglich, die Evolution der grundlegendsten Gene, die in fast allen lebenden Organismen zu finden sind, zu verfolgen - und zu zeigen, dass ihr Erscheinen vor Milliarden von Jahren globale Veränderungen auf dem gesamten Planeten verursachte.
Vor etwa 550 Millionen Jahren veränderte sich das Leben auf der Erde dramatisch. In den Ablagerungen aus dieser Zeit werden viele versteinerte Überreste von Tieren gefunden, die zuvor nicht auf dem Planeten gefunden wurden. Nach diesen Beweisen zu urteilen, geschah alles so plötzlich, dass diese Periode in der Wissenschaft als kambrische Explosion bezeichnet wurde - die Vielf alt des Lebens erweiterte sich so intensiv. Von dieser Zeit an glich das Leben mehr oder weniger dem uns vertrauten Bild. Aber was sie vorher war, ist ein viel schwierigeres Studienfach.
Präkambrische Organismen hinterließen praktisch keine Fossilien; Diese riesige Periode, die den größten Teil der Existenz der Erde dauerte, ist kaum verstanden und geordnet. Das Leben von damals hat jedoch überall Spuren hinterlassen, in allen modernen Organismen und in Ihnen und mir - in unserer DNA und RNA. Schließlich sind wir trotz allem die entfernten Nachkommen dieser einfachen Vorfahren.
Diese Spuren zu entdecken, die über Hunderte von Millionen Jahren der Evolution angesammelten Veränderungen und nur „Rauschen“loszuwerden, bedeutet in der Tat, das Genom präkambrischer Mikroorganismen auf der Grundlage des Genoms der Erde wiederherzustellen moderne Bewohner. Die Wissenschaftler um Professor Eric Alm haben sich eine so ehrgeizige Aufgabe gestellt: Mit leistungsstarken mathematischen Algorithmen und der Leistungsfähigkeit moderner Computer auf der Grundlage einer bereits beeindruckenden Datenbank der Genome moderner Organismen ihren gemeinsamen Nenner zu finden, das Genom, aus dem sie stammen vertraute Vielf alt des Lebens entwickeln konnte.
Wissenschaftler haben die Evolution von Tausenden von Genen aus Hunderten von lebenden Organismen bis zu ihrem ersten Auftreten ausgewählt und verfolgt. Sie konnten zeigen, dass all diese Gene auf ein mehr oder weniger einzelnes Genom reduziert sind, das vor etwa 2,8 bis 3,3 Milliarden Jahren existierte. In dieser Zeit lässt sich eine ziemlich schnelle Ausbreitung der genetischen Vielf alt nachweisen, von deren Beginn bis heute etwa 27% aller existierenden „Familien“von Genen erschienen. In Analogie dazu wird diese Periode die Archäische Expansion genannt.
Ein großer Teil der Gene, die seitdem entstanden sind, sind irgendwie mit Sauerstoff verbunden – sie schützen die Zellen vor diesem starken Oxidationsmittel und dann – und seiner effektiven Verwendung im Atmungsprozess. Diese Tatsache lässt den Schluss zu, dass die „archaische Expansion“möglicherweise mit einer Sauerstoffkatastrophe verbunden ist, einer globalen Veränderung der Zusammensetzung der Atmosphäre, die vor etwa 2,5 Milliarden Jahren begann. Damals (aufgrund der Aktivität photosynthetischer Organismen) begann die Luft unseres Planeten mit molekularem Sauerstoff gesättigt zu werden, was zu einem raschen Massensterben von dafür ungeeigneten Kreaturen führte, einen enormen Selektionsdruck auf sie ausübte - und die Entstehung von neue, angepasste Organismen.
„Wahrscheinlich die größte Katastrophe in der Geschichte des Lebens auf der Erde“, sagt Eric Alm. „Leider haben wir keine biologischen Beweise aus dieser Zeit.“(Wir stellen auch fest, dass der Höhepunkt der Sauerstoffkatastrophe nach den neuesten Daten vor 1,2 Milliarden Jahren gefallen ist - wir haben darüber im Artikel "Die Revolution wird verschoben") geschrieben.
Etwas früher in der Arbeit von Alma und Kollegen ist das Auftauchen von Genen, die für das komplexeste Elektronentransportsystem verantwortlich sind – der Vorfahre desjenigen, das den Löwenanteil der Energie bereitstellt, die moderne aerobe Organismen im Prozess der oxidative Phosphorylierung und in Pflanzen und einigen Mikroben - und Photosynthese. Es war diese moderne und hocheffiziente Form der Photosynthese, die durch das Aufkommen der Elektronentransportkette ermöglicht wurde, die für eine explosionsartige Ansammlung von Sauerstoff in der Atmosphäre sorgen konnte – und all die damit verbundenen Katastrophen. Es machte auch das Leben insgesamt effizienter in Bezug auf die Speicherung und Nutzung von Energie.
Co-Autor Eric Alma sagt: „Leider können wir noch nicht mit Gewissheit sagen, dass die Entwicklung des Elektronentransportsystems direkt zur ‚archäischen Expansion' geführt hat. Es ist jedoch vernünftig anzunehmen, dass der Zugang zu viel mehr Energie es der Biosphäre ermöglicht hat, viel komplexere Systeme zu unterstützen.“
Laut MIT CEE-Pressemitteilung
