Eine Zellteilung, die der eines tierischen Embryos ähnelt, wurde bei einem prähistorischen Einzeller beobachtet, was darauf hindeutet, dass es die Embryonalentwicklung bereits vor der Evolution der Tiere gegeben haben könnte.
Chromosphaera perkinsii ist eine einzellige Spezies, die 2017 in Meeressedimenten rund um Hawaii entdeckt wurde. Die ersten Anzeichen ihrer Anwesenheit auf der Erde wurden auf über eine Milliarde Jahre datiert, also lange vor dem Auftreten der ersten Tiere. Ein Team der Universität Genf beobachtete, dass diese Art mehrzellige Strukturen bildet, die denen von tierischen Embryonen ähneln. Diese Beobachtungen legen nahe, dass die genetischen Programme, die für die Embryonalentwicklung verantwortlich sind, bereits vor der Entstehung des tierischen Lebens vorhanden waren, oder dass C. perkinsii sich unabhängig davon entwickelt hat, um ähnliche Prozesse zu entwickeln. Die Natur hätte also über die genetischen Werkzeuge zur "Erschaffung von Eiern" verfügt, lange bevor sie "die Hühner erfunden" hatte. Die Studie ist in der Zeitschrift Nature zu finden.
Die ersten Lebensformen, die auf der Erde auftauchten, waren einzellig, d. h. sie bestanden aus einer einzigen Zelle, wie z. B. Hefe oder Bakterien. Später entwickelten sich Tiere - mehrzellige Organismen -, die sich aus einer einzelnen Zelle, der Eizelle, zu komplexen Lebewesen entwickelten. Diese Embryonalentwicklung folgt bestimmten Schritten, die sich bei den Tierarten bemerkenswert ähnlich sind, und könnte auf eine Zeit lange vor der Entstehung der Tiere zurückgehen. Der Übergang von einzelligen Arten zu mehrzelligen Organismen ist jedoch noch weitgehend unverstanden.
Diese Zellen teilen sich, ohne weiter zu wachsen, und bilden mehrzellige Kolonien, die den frühen Stadien der tierischen Embryonalentwicklung ähneln.
Omaya Dudin, der seit kurzem als Assistenzprofessor am Departement für Biochemie der naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Genf tätig ist und zuvor SNSF Ambizione-Forscher an der EPFL war, hat sich mit seinem Team mit Chromosphaera perkinsii, oder C. perkinsii, einer uralten Art von Protisten, beschäftigt. Dieser einzellige Organismus trennte sich vor über einer Milliarde Jahren von der Evolutionslinie der Tiere und bietet wertvolle Einblicke in die Mechanismen, die möglicherweise zum Übergang zur Vielzelligkeit geführt haben.
Bei der Beobachtung von C. perkinsii entdeckten die Wissenschaftler, dass sich diese Zellen, sobald sie ihre maximale Größe erreicht haben, teilen, ohne weiter zu wachsen, und mehrzellige Kolonien bilden, die den frühen Stadien der tierischen Embryonalentwicklung ähneln. Sie bestehen aus mindestens zwei verschiedenen Zelltypen, was für diese Art von Organismus überraschend ist.
"Obwohl C. perkinsii eine einzellige Art ist, zeigt dieses Verhalten, dass mehrzellige Koordinations- und Differenzierungsprozesse bereits in der Art vorhanden sind, und zwar lange bevor die ersten Tiere auf der Erde auftauchten", erklärt Omaya Dudin, der die Arbeit leitete.
Noch erstaunlicher ist, dass die Art und Weise, wie sich diese Zellen teilen, und die dreidimensionale Struktur, die sie annehmen, frappierend an die frühen Stadien der Embryonalentwicklung bei Tieren erinnern. In Zusammenarbeit mit John Burns (Bigelow Laboratory for Ocean Sciences) ergab die Analyse der genetischen Aktivität innerhalb dieser Kolonien faszinierende Ähnlichkeiten mit denen, die in tierischen Embryonen beobachtet wurden, was darauf hindeutet, dass die genetischen Programme, die die komplexe multizelluläre Entwicklung steuern, bereits vor über einer Milliarde Jahren vorhanden waren.
Marine Olivetta, Laborantin am Departement für Biochemie der naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Genf und Erstautorin der Studie, erklärt: "Es ist faszinierend, dass eine erst kürzlich entdeckte Spezies es uns ermöglicht, die Zeit um mehr als eine Milliarde Jahre zurückzudrehen. Die Studie zeigt, dass entweder das Prinzip der Embryonalentwicklung schon vor den Tieren existierte oder dass sich die Mechanismen der Mehrzellentwicklung bei C. perkinsii separat entwickelt haben. Diese Entdeckung könnte auch ein neues Licht auf eine langjährige wissenschaftliche Debatte über 600 Millionen Jahre alte Fossilien werfen, die wie Embryonen aussehen, und könnte so einige traditionelle Vorstellungen von Mehrzelligkeit in Frage stellen.
