Überreste einer ausgestorbenen Welt primitiver Wesen wurden entdeckt

Künstlerische Vorstellung einer Gruppe primitiver Eukaryoten aus der „Protosterol-Biota“, die auf einer Bakterienmatte auf dem Meeresboden leben. Basierend auf molekularen Fossilien lebten die Protosterol-Biota-Organismen vor etwa 1,6 bis 1,0 Milliarden Jahren in den Ozeanen und sind unsere ältesten bekannten Vorfahren. Bildnachweis: Organisiert auf MidJourney von TA 2023

Bisher wurden einige Biomarker, die „Protosteroide“, als fossile Zeugen primitiven Lebens übersehen.

Neu entdeckte Biomarker-Signaturen deuten auf eine ganze Gruppe bisher unbekannter Organismen hin, die vor etwa einer Milliarde Jahren das komplexe Leben auf der Erde dominierten. Sie unterschieden sich vom komplexen Leben der Eukaryoten, wie wir sie kennen, wie Tieren, Pflanzen und Algen, in ihrer Zellstruktur und ihrem potenziellen Stoffwechsel, die an eine Welt mit viel weniger Sauerstoff in der Atmosphäre als heute angepasst waren. Ein internationales Forscherteam, darunter GFZ-Geochemiker Christian Hollmann, berichtet nun in der Fachzeitschrift Nature über diesen Durchbruch auf dem Gebiet der evolutionären Geobiologie.

Und es stellt sich heraus, dass es im gesamten Mittelalter auf der Erde überraschend viele bisher unbekannte „elementare Steroide“ gab. Ursprüngliche Moleküle wurden in einem frühen Stadium der Komplexität der Eukaryoten hergestellt – was die aktuelle Aufzeichnung fossiler Steroide vor über 800 und bis zu 1.600 Millionen Jahren erweitert. Eukaryoten ist ein Begriff für das Reich des Lebens, das alle Tiere, Pflanzen und Algen umfasst. Sie unterscheiden sich von Bakterien durch eine komplexe Zellstruktur, die einen Zellkern umfasst, sowie durch einen komplexeren molekularen Mechanismus.

„Die wichtigste Implikation dieser Entdeckung ist nicht einfach eine Erweiterung der aktuellen molekularen Aufzeichnungen von Eukaryoten“, sagt Holman: „Angesichts der Tatsache, dass der letzte gemeinsame Vorfahre aller modernen Eukaryoten, einschließlich uns Menschen, wahrscheinlich in der Lage war, ‚reguläre‘ moderne zu produzieren.“ Sterole.“ Die Chancen stehen gut, dass die Eukaryoten, die für diese seltenen Signaturen verantwortlich sind, zum Stamm des Stammbaums gehören.“

Ein beispielloser Einblick in eine verlorene Welt

Dieser „Stumpf“ stellt die gemeinsame Ahnenlinie dar, die der Vorläufer aller lebenden Zweige der Eukaryoten war. Ihre Vertreter sind schon lange ausgestorben, aber Details ihrer Natur könnten mehr Licht auf die Umstände werfen, unter denen sich komplexes Leben entwickelte. Obwohl weitere Untersuchungen erforderlich sind, um festzustellen, wie viel Prozent der Protosteroide möglicherweise aus seltenen Bakterien stammen, bringt die Entdeckung dieser neuen Moleküle nicht nur die geologischen Aufzeichnungen traditioneller Fossilien mit denen fossiler Fettmoleküle in Einklang, sondern ermöglicht auch einen seltenen und beispiellosen Einblick in die Welt . verloren aus dem alten Leben. Der konkurrierende Untergang der Stammgruppen-Eukaryoten, der durch das erste Auftreten moderner fossiler Stromale vor etwa 800 Millionen Jahren gekennzeichnet war, spiegelt möglicherweise eines der nachhaltigsten Ereignisse in der Entwicklung immer komplexer werdenden Lebens wider.

Benjamin Nettersheim von der Universität Bremen, Erstautor der Studie, fügt hinzu: „Fast alle Eukaryoten produzieren Biosteroide, wie Cholesterin vom Menschen und den meisten anderen Tieren produziert wird – wegen der potenziell gesundheitsschädlichen Auswirkungen hoher Cholesterinwerte beim Menschen tut Cholesterin dies.“ „Aus medizinischer Sicht haben sie nicht den besten Ruf.“ Allerdings sind diese Lipidmoleküle ein integraler Bestandteil der Membranen eukaryotischer Zellen, wo sie an einer Vielzahl physiologischer Funktionen beteiligt sind. Durch die Suche nach Aktivatoren, die in alten Gesteinen versteinert sind, können wir die Entwicklung verfolgen eines immer komplexer werdenden Lebens.

Was ein Nobelpreisträger für unmöglich hielt …

Nobelpreisträger Konrad Bloch hatte bereits vor fast 30 Jahren in einem Artikel über einen solchen Biomarker spekuliert. Bloch schlug vor, dass die kurzlebigen Zwischenprodukte in der modernen Biosynthese von Steroiden möglicherweise nicht immer Zwischenprodukte sind. Es wurde angenommen, dass sich die Lipidbiosynthese parallel zu den sich ändernden Umweltbedingungen im Laufe der Erdgeschichte entwickelte. Im Gegensatz zu Bloch, der nicht glaubte, dass solche alten Medien gefunden werden könnten, begann Nettersheim, in alten Gesteinen nach Protosteroiden zu suchen, die zu einer Zeit abgelagert wurden, als solche Medien das Endprodukt gewesen wären.

Doch wie findet man solche Moleküle in alten Gesteinen? „Wir haben eine Kombination von Techniken verwendet, um zunächst viele moderne Steroide in ihre fossilen Äquivalente umzuwandeln“, sagt Jochen Brooks, Professor an der Universität[{“ attribute=““>Australian National University who shares the first-authorship of the new study with Nettersheim. Scientists had overlooked these molecules for decades because they do not conform to typical molecular search images. “Once we knew our target, we discovered that dozens of other rocks, taken from billion-year-old waterways across the world, were oozing with similar fossil molecules.”

The oldest samples with the biomarker are from the Barney Creek Formation in Australia and are 1.64 billion years old. The rock record of the next 800 Million years only yields fossil molecules of primordial eukaryotes before molecular signatures of modern eukaryotes first appear in the Tonian period. According to Nettersheim “the Tonian Transformation emerges as one of the most profound ecological turning points in our planet’s history.” Hallmann adds that “both primordial stem groups and modern eukaryotic representatives such as red algae may have lived side by side for many hundreds of millions of years.”

During this time, however, the Earth’s atmosphere became increasingly enriched with oxygen — a metabolic product of cyanobacteria and of the first eukaryotic algae that would have been toxic to many other organisms. Later, global “Snowball Earth” glaciations occurred and the protosterol communities largely died out. The last common ancestor of all living eukaryotes may have lived 1.2 to 1.8 billion years ago. Its descendants were likely better able to survive heat and cold as well as UV radiation and displaced their primordial relatives.

Since all stem group eukaryotes are long extinct, we will never know for certain how most of our early relatives looked like, but artistic efforts have created tentative visualizations (see pictures attached), while the primordial steroids may eventually shed more light on their biochemistry and lifestyle. “Earth was a microbial world for much of its history and left few traces.” Nettersheim concludes. Research at ANU, MARUM, and GFZ continues to pursue tracing the roots of our existence — the discovery of protosterols now brings us one step closer to understanding how our earliest ancestors lived and evolved.

For more on this research:

Reference: “Lost world of complex life and the late rise of the eukaryotic crown” by Jochen J. Brocks, Benjamin J. Nettersheim, Pierre Adam, Philippe Schaeffer, Amber J. M. Jarrett, Nur Güneli, Tharika Liyanage, Lennart M. van Maldegem, Christian Hallmann and Janet M. Hope, 7 June 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-06170-w