In einer bahnbrechenden Entdeckung hat ein internationales Forscherteam unter der Leitung der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) ein neues Molekül, Methylplastochinon, identifiziert, das die Grundlagen der Sauerstoff-Atmung in der Erdgeschichte stark beleuchtet. Diese Entdeckung, die in den Proceedings of the National Academy of Science veröffentlicht wurde, zeigt, dass die Fähigkeit, Sauerstoff für die Energiegewinnung zu nutzen, bereits vor 2,3 Milliarden Jahren existierte – zu einer Zeit, als der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre noch sehr niedrig war.
Die Forschung ergab, dass Methylplastochinon lediglich in bestimmten Bakterien des Phylums Nitrospirota nachgewiesen werden konnte, die für den globalen Stickstoffkreislauf von großer Bedeutung sind. Dies widerlegt die Annahme, dass die Photosynthese zuerst kam, und stellt die Hypothese auf, dass einige Bakterien bereits vorher in der Lage waren, Sauerstoff zu nutzen. Diese Entdeckung könnte das Verständnis der „Sauerstoffkatastrophe“ (Great Oxygenation Event), die vor 2,3 bis 2,4 Milliarden Jahren stattfand, maßgeblich verändern.
Die Rolle von Methylplastochinon
Die Forscher stießen bei der Untersuchung von Bakterien für ein anderes Projekt auf diese bemerkenswerte Veränderung in einem Molekül. Methylplastochinon hat eine Grundstruktur, die für aerobe Chinone typisch ist, weist jedoch auch Merkmale anaerober Chinone auf. Dies legt nahe, dass es möglicherweise als dritter Chinon-Typ zwischen diesen beiden Gruppen fungiert. Diese Einsichten könnten tiefere Einblicke in die evolutionären Anpassungen bieten, die später in Algen, Pflanzen und Mitochondrien zu finden sind.
Die Fähigkeit zur Nutzung von Sauerstoff zur Energiegewinnung entwickelte sich vor etwa 2,5 Milliarden Jahren und war eine evolutionäre Neuerung, die von Eukaryoten übernommen wurde. Diese frühen Stoffwechselprozesse sind essenziell, um die Entwicklung des Lebens auf der Erde zu verstehen.
Wissenschaftliche Implikationen
Im Zuge dieser Entdeckungen wird auch die zeitliche Abfolge von Photosynthese und Sauerstoff-Atmung wissenschaftlich debattiert. Das Verständnis dieser Prozesse ist besonders relevant, da sie die evolutionären Entwicklungen des Lebens auf der Erde stark beeinflussten. Die Leistung der cyanobakteriellen Populationen, die spezifische Umgebungen besiedelten, verschaffte diesen Mikroben entscheidende Vorteile und trug zur Migration und Diversifizierung des Lebens bei.
In den frühen Umgebungen waren anoxygene photosynthetische Bakterien (APB) aufgrund ihrer Fähigkeit, Eisenionen (Fe2+), Wasserstoffsulfid (H2S) oder Wasserstoff (H2) zu nutzen, erfolgreich. Aber als die Verfügbarkeit von Eisen abnahm und Phosphor zunahm, begannen cyanobakterielle Arten, dominante Spieler in diesen ökologischen Nischen zu werden. Solche Übergänge sind unter dem Begriff „Great Oxidation Event“ (GOE) bekannt, währenddessen APB letztendlich durch cyanobakterielle Populationen ersetzt wurden.
Zusammenfassend ist die Entdeckung von Methylplastochinon nicht nur eine interessante wissenschaftliche Neuentwicklung, sondern sie bietet auch neue Perspektiven zur Erforschung der frühen Lebensformen und deren Stoffwechselaktivitäten auf der Erde.
