Ein Geomikrobiologe an der Washington University in St. Louis hat vorgeschlagen, dass die Evolution die Hauptantriebskraft für die Entwicklung der frühen Erde ist und nicht physikalische Prozesse wie die Plattentektonik.
Carrine Blank, Ph.D., Assistenzprofessorin für Geomikrobiologie an der Washington University am Department of Earth & Planetary Sciences in Arts & Sciences, untersuchte Cyanobakterien - Bakterien, die Licht, Wasser und Kohlendioxid zur Erzeugung von Sauerstoff und Biomasse verwenden - und kam zu dem Schluss, dass diese Arten begannen auf der Erde in Süßwassersystemen auf Kontinenten und entwickelten sich allmählich zu Brackwasserumgebungen, dann zu Umgebungen mit höherem Salzgehalt, Meeresumgebungen und hyper-salzhaltigen Umgebungen (Salzkruste).
Cyanobakterien sind Organismen, aus denen Chloroplasten hervorgegangen sind, die Sauerstofffabrik in Pflanzenzellen. Vor einer halben Milliarde Jahren waren Cyanobakterien älter als komplexere Organismen wie mehrzellige Pflanzen und funktionierten in einer Welt, in der der Sauerstoffgehalt der Biosphäre viel geringer war als heute. Während ihrer sehr langen Lebensdauer haben Cyanobakterien ein System entwickelt, um eine allmählich zunehmende oxidierende Umgebung zu überleben, was sie für ein breites Spektrum von Forschern von Interesse macht.
Blank kann ihre Hypothese aus Stammbäumen ziehen, die sie von Cyanobakterien zeichnet. Ihre Beobachtungen werden wahrscheinlich zu Diskussionen unter Biologen und Geologen führen, die eine der umstrittensten Epochen der Erde untersuchen - vor ungefähr 2,1 Milliarden Jahren, als Cyanobakterien zum ersten Mal auf der Erde auftauchten. Dies war eine Zeit, in der die Erdatmosphäre einen unglaublichen, mysteriösen und unerklärlichen Anstieg des Sauerstoffs verzeichnete, von extrem niedrigen Werten auf 10 Prozent des heutigen Wertes. Es gab drei - manche sagen vier - globale Vergletscherungen, und der Fossilienbestand spiegelt eine große Verschiebung der Anzahl der Organismen wider, die Schwefel metabolisieren, und eine große Verschiebung des Kohlenstoffkreislaufs.
"Die Frage ist: Warum?" sagte Blank.
„Mein Beitrag ist der Versuch, evolutionäre Erklärungen für diese großen Veränderungen zu finden. Zu dieser Zeit gab es in Cyanobakterien viele evolutionäre Bewegungen, und die Bakterien beeinflussten die Entwicklung der Erde. Geologen haben sich in der Vergangenheit bei Übergängen, die Veränderungen auslösten, auf geologische Ereignisse verlassen, aber ich argumentiere, dass viele dieser Dinge evolutionär sein könnten. "
Blank präsentierte ihre Forschungsergebnisse auf der Jahrestagung 2004 der Geological Society of America vom 7. bis 10. November in Denver.
Die Feststellung von Blank, dass Cyanobakterien zuerst in Süßwasserseen oder -bächen auftraten, ist nicht intuitiv.
"Die meisten Menschen gehen davon aus, dass Cyanobakterien aus einer Meeresumwelt stammen - schließlich sind sie für die Meeresumwelt auch heute noch wichtig, also müssen sie es immer gewesen sein", sagte Blank. „Als Cyanobakterien auftauchten, gab es keinen Ozonschutz, sodass UV-Licht die meisten Dinge getötet hätte. Entweder mussten sie Wege gefunden haben, um mit dem UV-Licht umzugehen - und es gibt Hinweise darauf, dass sie UV-absorbierende Pigmente hergestellt haben - oder Wege gefunden haben, unter Sedimenten zu wachsen, um das Licht zu vermeiden. “
Um die Entwicklung von Cyanobakterien zu untersuchen, erstellte Blank einen Rückgratbaum unter Verwendung mehrerer Gene aus ganzen Genomsequenzen. Zusätzliche Arten wurden dem Baum unter Verwendung von ribosomalen RNA-Genen hinzugefügt. Morphologische Merkmale, zum Beispiel das Vorhandensein oder Fehlen einer Hülle, einzelliges oder filamentöses Wachstum, das Vorhandensein oder Fehlen von Heterozysten? eine dickwandige Zelle, die in Abständen auftritt? wurden codiert und auf dem Baum abgebildet. Die Verteilung der Merkmale wurde mit denen im Fossilienbestand verglichen.
Cyanobakterien, die vor etwa zwei Milliarden Jahren auftauchten, wurden zu komplexen Mikroben mit größeren Zelldurchmessern als frühere Gruppen - mindestens 2,5 Mikrometer. Der Baum von Blank zeigt, dass mehrere morphologische Merkmale unabhängig voneinander in mehreren Linien auftraten, darunter eine Mantelstruktur, ein filamentöses Wachstum, die Fähigkeit, Stickstoff zu binden, Thermophilie (Liebe zur Wärme), Motilität und die Verwendung von Sulfid als Elektronendonor.
"Wir werden viele Analysen des Mikrofossilienbestandes durch ernsthafte Paläobiologen benötigen, um zu sehen, wie fundiert diese Hypothese ist", sagte Blank. „Dieser Zeitrahmen ist eines der größten Rätsel für Biologen und Geologen. In der geologischen Aufzeichnung passiert dann eine Menge. “
Originalquelle: WUSTL-Pressemitteilung
