Extreme Lösungen für extreme Probleme

Die frühe Erde unterschied sich deutlich von der heutigen Welt. Die neu gebildete Erdkruste war geprägt von starker vulkanischer Aktivität, einer rauen Atmosphäre und wiederholten Kollisionen mit Himmelskörpern, die eine unwirtliche Umgebung schufen. Unter solchen Bedingungen entwickelten sich jedoch die ersten Zellen. Gibt es Orte auf der modernen Erde, die diese extremen Bedingungen nachahmen? Heiße Quellen in vulkanischen Regionen wie dem Yellowstone-Nationalpark bieten die Möglichkeit, mehr über das Leben auf der frühen Erde zu erfahren.

Eine berühmte Gruppe photosynthetischer Organismen, die in heißen Quellen leben, sind die extremophilen Rotalgen. Diese einzelligen Organismen haben sich vor etwa einer Milliarde Jahren von anderen Rotalgen abgespalten und im Wasser heißer Quellen und den umgebenden Gesteinen überdauert. Wie wurden diese Algen zu Extremisten? Überraschenderweise mussten sie nicht alle spezialisierten Gene erfinden. Bakterien gediehen in heißen Quellen schon lange vor der Ankunft der Rotalgen. Daher nutzten diese Algen einen als horizontaler Gentransfer (HGT) bezeichneten Prozess, um zufällig bakterielle Gene einzubauen, die ihnen bei der Anpassung an die neue Umgebung halfen. HGT kann auftreten, wenn freie DNA von Zellen aufgenommen wird oder wenn Viren den DNA-Transfer vermitteln. Diese gestohlene DNA macht etwa 1% der Gene der Rotalgen aus und ermöglicht ihnen, giftige Metalle wie Quecksilber und Arsen zu entgiften, wertvolle Energiequellen wie freie Zucker aus der Umwelt aufzunehmen und mit thermischem Stress umzugehen.

Vor diesem faszinierenden Hintergrund besteht das Ziel unseres Projekts darin, Genome von Rotalgen aus heißen Quellen weltweit zu sequenzieren, herauszufinden, welche Gene sie gestohlen haben, und die Werkzeuge zu untersuchen, die sie zum Überleben entwickelt haben. Diese Informationen werden 1) das Wissen über frühes Leben auf der Erde und möglicherweise auf anderen Planeten mit rauen Bedingungen erweitern. 2) uns helfen, diese Algen als Werkzeuge zur Entgiftung kontaminierter Böden oder Gewässer, beispielsweise in der Nähe von Minen, zu entwickeln. 3) Dank ihrer robusten Biologie können wir sie als Biofabriken zur Herstellung von Kraftstoffen oder anderen Produkten nutzen.

Über drei Milliarden Jahre sind vergangen, seit sich die ersten Zellen auf unserem Planeten entwickelten. Ihre Nachkommen können uns jedoch immer noch etwas über die Biologie der Urzeit und darüber lehren, wie ihre genetischen Anpassungen für den Menschen nutzbar gemacht werden können.