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Warum sind Kieselalgen so erfolgreich?
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| Kieselalgen
(Diatomeen) spielen eine Schlüsselrolle
für die Photosynthese in den Weltmeeren und werden deshalb intensiv
untersucht. Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts für Polar-
und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft haben in internationaler
Zusammenarbeit eine neue Entdeckung zur Evolution der Photosynthese in
Diatomeen gemacht. Bisher ging man davon aus, dass Diatomeen ihre Fähigkeit
zur Photosynthese ausschliesslich von Rotalgen geerbt haben.
Die Molekularbiologen haben jetzt gezeigt, dass sich im Genom der Diatomeen
erhebliche Mengen an Erbmaterial finden, das von Grünalgen abstammt.
Die photosynthetischen
Zellstrukturen der Diatomeen, vereinen somit Eigenschaften aus Rotalgen-
und Grünalgenvorfahren, was ihren enormen Erfolg in den Weltmeeren
erklären könnte. Die Ergebnisse werden nun in der jüngsten
Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift "Science" vorgestellt. |
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Die Photosynthese,
Basis allen Lebens auf der Erde, wird je etwa zur Hälfte auf dem Land
und im Meer erbracht. An Land sind vor allem komplexe grüne Pflanzen
dafür verantwortlich, in den Meeren die Algen und zwar vorwiegend
einzellige Vertreter. Darunter stellen die Kieselalgen
(Diatomeen) mit einem Anteil von etwa
40 Prozent die wichtigste Gruppe.
Landpflanzen,
Rot- und Grünalgen unterscheiden sich in ihrer evolutionären
Geschichte grundsätzlich von den Diatomeen:
Sie
entstammen der Symbiose eines photosynthetischen Bakteriums (Cyanobakterium) mit einer höher entwickelten, farblosen Wirtszelle mit Zellkern
(eukaryotische Zelle). Da dabei eine Zelle als Symbiont in einer anderen
Zelle lebt, nennt man den Vorgang Endosymbiose. Im Ergebnis entstanden
so die photosynthetischen Organellen in Pflanzen- und Algenzellen, die
Plastiden oder Chloroplasten.
Mittlerweile
haben Valentin und sein Kollege Bànk Beszteri Spuren einer grünen
Endosymbiose auch in anderen Meeresalgen entdeckt, die ähnlich
wie Diatomeen ebenfalls aus einer sekundären Endosymbiose hervorgegangen
sind. Dazu gehören beispielsweise die Braunalgen.
"Unser
nächstes Ziel ist es nun herauszufinden, welchen Vorteil diese Form
der Symbiose den Meeresalgen genau gebracht hat. Wir wollen diesen Vorteil
quantifizieren und die Stoffwechselwege identifizieren, die in Diatomeen
zusätzlich vorhanden sind oder besser funktionieren als in Rot-
oder Grünalgen alleine. Vielleicht können wir so verstehen,
warum die Algen mit sekundären Plastiden in den Meeren so erfolgreich
sind während an Land Pflanzen mit primären Plastiden das
Rennen gemacht haben."
Auch Diatomeen besitzen Plastiden, doch diese entwickelten sich, in dem zwei höhere
Zellen miteinander verschmolzen: Eine eukaryotische Wirtszelle nahm einen photosynthetischen
Rotalgen-Einzeller auf. Bei dieser sekundären Endosymbiose entstehen
so genannte sekundäre Plastiden. Bisher ging man davon aus, dass die
aufnehmende Zelle farblos und nicht photosynthetisch war.
"In
einer internationalen Zusammenarbeit gelang es uns zu zeigen, dass die
aufnehmende Wirtszelle bereits Chloroplasten besass, die denen von Grünalgen ähneln. In den Genomen von zwei Diatomeen-Arten konnten wir Spuren
dieser "kryptischen" Chloroplasten entdecken", erklärt Klaus
Valentin, Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts für Polar-
und Meeresforschung.
Tatsächlich
fänden sich in den Genomen sogar mehr Spuren des Grünalgen-
als des Rotalgen-Vorfahren. Daraus könne man schliessen, dass die
Plastiden heutiger Diatomeen tatsächlich eine Mischform aus zwei Plastidentypen,
denen aus Grünalgen und Rotalgen,
darstellen. "Diatomeen verfügen dadurch wahrscheinlich übermehr
stoffwechselphysiologisches Potenzial als jede der beiden Ausgangstypen
einzeln, was den grossen Erfolg der Diatomeen in den Meeren erklären
könnte", so Valentin weiter. "Ihre Plastiden könnten quasi das
"Beste beider Welten" vereinen."
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Der
Originaltitel der Science-Veröffentlichung lautet:
"Genomic
footprints of a cryptic plastid endosymbiosis in diatoms. During their
evolution the dominant phytoplankters in the world's oceans sampled genes
from both red and green algae." (Autoren: Ahmed Moustafa, Bánk Beszteri,
Uwe G. Maier, Chris Bowler, Klaus Valentin, Debashish Bhattacharya)
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| Quelle:
Text Alfred-Wegener-Institut 2009 |
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