Dr. Jürgen Steiner mit dem lebenden Fossil namens „Cyanophora paradoxa“. (Foto: Maike Glöckner)

Dr. Jürgen Steiner mit dem lebenden Fossil namens „Cyanophora paradoxa“. (Foto: Maike Glöckner)

Der grüne Urknall und das lebende Fossil

Vor 1,2 Milliarden Jahren fraß ein tierischer Einzeller ein Cyanobakterium. Nur verdaut hat er es nicht. Was folgte, war die Initialzündung für die Entstehung aller Pflanzen – und eines lebenden Fossils. Sein Bauplan enthält Informationen, die uns wahrscheinlich besser verstehen lassen, wie Pflanzen Licht sammeln und Proteine transportieren. Entschlüsselt hat ihn ein internationales Forscherteam. Mit dabei: MLU-Molekularbiologe Dr. Jürgen Steiner.

Die Faszination ist dem Forscher ins Gesicht geschrieben, wenn er in seinem Büro im Biologicum über das spricht, was zu einem viel beachteten „Science“-Artikel geführt hat. Kein Wunder, beschreibt er doch etwas, „was man den Urknall der Pflanzenentstehung nennen könnte“. Erstaun-licherweise, so Steiner, sei es „in der Erdgeschichte wirklich nur einmal passiert, dass ein tierischer Einzeller ein Cyanobakterium aufgenommen und als Plastiden, also als photosynthetische Zellorganelle, etabliert hat.“ Anders gesagt: Zum ersten und bisher einzigen Mal entstand ein Einzeller, der Photosynthese betreiben konnte. Die Grundlage für die Entwicklung aller Pflanzen war gelegt – und ein Wesen geboren, das heute für Botaniker ein lebendes Fossil darstellt. Es trägt den Namen „Cyanophora paradoxa“.

Cyanophora paradoxa (Transmissionselektronenmikroskopie). Zu sehen sind zwei Plastiden (Cyanellen oder Muroplasten) während der Teilungsphase - und r. oben die mit zwei Geißeln versehenen Alge (lichtmikroskopische Aufnahme).

Cyanophora paradoxa. Zu sehen sind zwei Plastiden (Cyanellen oder Muroplasten) während der Teilungsphase – und r. oben die mit zwei Geißeln versehenen Alge (lichtmikroskopische Aufnahme).

Der entstandene Organismus ist für Jürgen Steiner und seine Mitstreiter ein wahrer Schatz. Seine Plastiden verfügen über eine rudimentäre bakterielle Zellwand – ein klares Relikt des damals aufgenommenen Cyanobakteriums. Im Kerngenom des lebenden Fossils fanden die Wissenschaftler 28.000 Proteingene. „Darauf aufbauend konnten wir dann Proteinstammbäume darstellen“, berichtet der 45-jährige Österreicher.

Wichtig sei dies vor allem für das Verständnis des Transports von Proteinen, deren Gensequenzen im Laufe der Evolution in den Zellkern verlagert wurden und nun nach ihrer Synthese im Cytosol zurück in den Plastiden gelangen müssen. „Das klingt simpel, ist aber ein hochkomplexer Prozess. In unserem Fossil können wir ihn in seiner ursprünglichen Form betrachten. Wir haben sozusagen den ersten Otto-Motor vor uns.“

Der Einblick in die frühe Entwicklungsgeschichte kann laut Steiner zum Verständnis aller möglichen Pflanzenmechanismen beitragen. „Gerade in Bezug auf die Lichtsammelkomplexe der Pflanzen erhoffen wir uns neue Erkenntnisse.“ Dabei handelt es sich um eine Ansammlung von Proteinkomplexen, welche die Energie für die Photosynthese bündeln – für den Molekularbiologen ein besonders spannendes Forschungsfeld. Im Biologicum auf dem Weinberg Campus laufen dazu Laboruntersuchungen.

Für das aktuelle „Science“-Paper, das im Februar erschienen ist, hat sich Steiner auf die bioinformatische Auswertung von Daten konzentriert, die seine Forscherkollegen in den USA gesammelt haben. Projektleiter war Debashish Bhattacharya von der Rutgers University in New Brunswick (New Jersey). Beteiligt waren auch Wissenschaftler in Kanada, Frankreich, Südkorea und Österreich. Einer von ihnen: Wolfgang Löffelhardt, 2009 Kurt-Mothes-Gastprofessor an der MLU und Jürgen Steiners Doktorvater. Text: Carsten Heckmann

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