Evolution: Am Anfang war Luca

Die gemeinsame Urform der heutigen Lebewesen ernährte sich von Gasen und liebte es heiß. Das haben Forscher der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf nach mehrjährigen genetischen Studien herausgefunden. Die einfachen Einzeller benötigten keinen Sauerstoff und gediehen vor rund 3,8 Milliarden Jahren bei Temperaturen um 100 Grad Celsius in Hydrothermalquellen in der Tiefsee.

Im Fachjournal Nature Microbiology beschreibt das Team um den Mikrobiologen William Martin, wie die Urform der heutigen Zellen und Lebewesen wohl gelebt hat (Weiss, Sousa et al., 2016). Ihr Name: Luca, für last universal common ancestor. Als Nahrung dienten dem kernlosen Einzeller demnach Kohlendioxid, Wasserstoff und Stickstoff.

Aus Luca entwickelten sich laut der Theorie alle heute existierenden Bakterien, Pilze, Pflanzen, Tiere und auch der Mensch. Seinen Energiebedarf deckte Luca aus einfachen chemischen Reaktionen und ohne Hilfe von Sonnenlicht. Die Autoren fanden auch Hinweise darauf, dass Luca Metalle wie Eisen und Nickel sowie auch andere Elemente wie Schwefel und Selen für den Stoffwechsel brauchte.

"Die bestmögliche Rekonstruktion des ältesten Lebewesens"

Für den Biophysiker Professor Dieter Braun von der Ludwig-Maximilians-Universität München ist es "die solideste Studie auf diesem Feld". Zum ersten Mal hätten Biologen versucht, aus allen verfügbaren genetischen Informationen auf die allererste genetische Sequenz zurückzuschließen. "Es ist die bestmögliche Rekonstruktion des ältesten Lebewesens", sagte Braun, der nicht an der Studie beteiligt war. "Es ist gut möglich, dass es zuvor ältere Lebewesen gab, über die wir aber nichts Genaues mehr aus den jetzigen Sequenzdaten herausfinden können."

Die Entstehung des Lebens könne aber mit dem Ansatz der Düsseldorfer nicht erklärt werden. "Da kommt vorher ein langer dunkler Abschnitt, wo man nicht weiß, wie die allerersten Sequenzen überhaupt entstanden sind, wie die Evolution entstanden ist", sagte Braun. "Aber das Allererste, was aus dem Nebel des Nichtwissens herauskommt, hat die Düsseldorfer Forschergruppe analysiert."

Für Studienleiter Martin geben die Untersuchungen auch Aufschluss darüber, welche modernen Einzeller dem gemeinsamen Vorfahren heute am ähnlichsten sind. Und zwar seien das Gruppen der Methanogene – Methanbildner – und Acetogene – Essigsäurebildner. "Diese leben genau dort, wo Luca gelebt hat", sagt Martin. Auch diese modernen Einzeller besiedelten Hydrothermalquellen, etwa im Gebiet Lost City im Atlantik. "Sie leben genau dort, wo das Leben entstanden ist", sagt Martin.

Die neuen Daten unterstützen nach Ansicht der Forscher die Theorie, dass das Leben an Tiefsee-Hydrothermalquellen entstanden ist. Die Erkenntnisse über das Leben von Luca können nach Ansicht Martins wertvoll für die Suche nach Leben außerhalb der Erde sein. Wichtig sei zum Beispiel das Wissen, dass die ersten bekannten Zellen gar kein Sonnenlicht gebraucht hätten. Sie hätten stattdessen in der Tiefsee wahrscheinlich geochemische Energiequellen angezapft.

Für ihre Suche nach den Ursprungsgenen, die auf Luca zurückgehen, bezogen die Wissenschaftler anders als bei bisherigen Forschungsansätzen nicht nur das Erbgut ein, das allen Zellen gemeinsam ist, sondern auch das, was sie unterscheidet. So seien aus rund sechs Millionen Proteingruppen schließlich 355 ermittelt worden, aus denen die neuen Erkenntnisse gewonnen wurden.