Uralte Verbündete im Darm: Alles beginnt mit einem Schluck Joghurt
Wenn ein Mensch eine Flasche Joghurt trinkt oder ein Abendessen genießt, arbeiten im Darm Billionen winziger Mikroben lautlos daran, dem Körper bei der Aufspaltung von Nahrung und der Synthese lebenswichtiger Vitamine zu helfen. Diese eng miteinander verflochtene Lebensweise von Tieren und Mikroben ist in der heutigen Natur allgegenwärtig. Lange Zeit war man es jedoch gewohnt, Tiere als unabhängige evolutionäre Subjekte zu betrachten und glaubte, dass das frühe Leben bei der Anpassung an Umweltveränderungen vollständig auf die Evolution seiner eigenen Organe angewiesen war.
Biologen haben sich lange gefragt, wann genau Tiere begannen, einen Teil ihrer metabolischen Verantwortung an Mikroben auszulagern. Im August 2026 veröffentlichte ein Forschungsteam unter der Leitung von Wang Zhenfei von der School of Earth Sciences and Engineering der Universität Nanjing seine Ergebnisse in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Die Forscher fanden in über 550 Millionen Jahre alten Gesteinsproben die ältesten bekannten chemischen Spuren einer Zusammenarbeit zwischen Tieren und Bakterien.
Strohhalmdünne versteinerte Spuren: Der meeresbodenbewohnende Röhrenwurm Conotubus
Der Protagonist dieser Forschung ist ein kleines Meerestier, das während des Ediacariums (ein geologisches Zeitalter vor etwa 635 bis 539 Millionen Jahren, in dem komplexe vielzellige Tiere erstmals in großem Maßstab auftraten) lebte: Conotubus (Conotubus spp., ein kleines, konisches, röhrenbewohnendes Tier, das vor über 500 Millionen Jahren auf dem Meeresgrund lebte). Der Durchmesser seiner versteinerten Röhre beträgt nur wenige Millimeter, vergleichbar mit einem heute verwendeten dünnen Trinkhalm aus Plastik. An stratigraphischen Profilen im Gelände sehen diese Fossilien wie nichts weiter als unauffällige, winzige Spuren aus, die im grauen Tonstein abgelagert wurden.
Die Epoche, in der diese winzigen Kreaturen lebten, liegt über 550 Millionen Jahre zurück – eine Zeit, als es auf dem Land weder Pflanzen noch Tiere gab und das erste vielzellige Leben in den Weiten der Ozeane gerade erst zu sprießen begann, mehr als 300 Millionen Jahre vor dem Auftreten der ersten Dinosaurier. Obwohl die wissenschaftliche Gemeinschaft lange spekulierte, dass es im frühen Leben eine Art Symbiose (eine kooperative Lebensweise, bei der zwei verschiedene Organismen über einen langen Zeitraum zusammenleben und sich aufeinander verlassen oder gegenseitigen Nutzen ziehen) gegeben haben könnte, fehlten in alten Gesteinsschichten vor dem Kambrium direkte fossile Beweise. Die Entdeckung der Conotubus-Fossilien lieferte wertvolles physisches Material, um dieses Rätsel zu lösen.
Bild: Nahaufnahme der in graues Gestein eingebetteten röhrenförmigen Conotubus-Fossilien. Quelle: Li & Schiffbauer / Nature
Hinweise aus Elementresten: Wie multiple Isotopensysteme den Fall lösten
Um in einem harten Gestein, das über 500 Millionen Jahre geologischer Veränderungen durchlaufen hat, nach Spuren bakterieller Aktivitäten zu suchen, reicht die bloße Beobachtung der äußeren Form der Fossilien durch gewöhnliche Mikroskope nicht aus, um eine Schlussfolgerung zu ziehen. Das Forschungsteam der Universität Nanjing wandte multiple Isotopensysteme an (eine Methode zur Verfolgung der ernährungsphysiologischen und metabolischen Eigenschaften urzeitlicher Organismen durch den Nachweis verschiedener Atomgewichtsformen mehrerer chemischer Elemente wie Kohlenstoff und Schwefel). Die Forscher führten hochpräzise Schicht-für-Schicht-Scans und Vergleiche der geochemischen Elemente an den Wänden der Fossilienröhren und deren umliegenden Mikrobereichen durch.
Die Analyseergebnisse zeigten, dass das Innere der Fossilienröhrenwand spezielle chemische Signale enthielt, die während des Pyritisierungsprozesses entstanden waren. Die Kohlenstoff- und Schwefelisotopenwerte im Bereich der Röhrenwand wiesen extrem signifikante anomale Abweichungen auf. Diese einzigartige Isotopensignatur kann nicht auf anorganische physikalische Niederschläge in normalen Meerwasserumgebungen zurückgeführt werden. Das Forschungsteam verglich Fossilienproben aus mehreren verschiedenen Profilen und bestätigte, dass diese chemische Anomalie um die Wände der Conotubus-Röhren weit verbreitet war, womit die Möglichkeit einer späteren geologischen Intrusion und Kontamination ausgeschlossen werden konnte.
Bild: Ökologische Rekonstruktion von Conotubus in Symbiose mit schwefeloxidierenden Bakterien. Quelle: Jiahao Li / School of Earth Sciences and Engineering, Universität Nanjing
Auslagerung eines Teils des Lebens an Bakterien: Überlebensstrategien früher Tiere
Diese von der Norm abweichenden Isotopendaten weisen exakt auf eine besondere Überlebensstrategie hin: Chemosymbiose (eine symbiotische Lebensweise, bei der ein Organismus Nährstoffe durch chemosynthetische Bakterien in seinem Inneren oder an seiner Oberfläche gewinnt). In der urzeitlichen Meeresboden-Umgebung, in der es an ausreichend freiem Sauerstoff mangelte, sammelten sich schwefeloxidierende Bakterien (winzige Bakterien, die in der Lage sind, organische Nährstoffe aus anorganischen Substanzen zu synthetisieren, indem sie die bei der Oxidation von Sulfiden freigesetzte Energie nutzen) in großer Zahl an den Röhrenwänden von Conotubus. Die Bakterien führten chemischen Stoffwechsel durch und setzten Energie frei, indem sie aus dem Schlamm und Sand austretende Schwefelverbindungen absorbierten, während sie gleichzeitig die synthetisierten organischen Nährstoffe ununterbrochen an ihren Wirt weiterleiteten.
Conotubus selbst hatte einen sehr einfachen Körperbau und hatte kein Verdauungssystem entwickelt, das für komplexe Raubzüge geeignet war. Durch die Abhängigkeit von der Ernährungsallianz, die mit den schwefeloxidierenden Bakterien geschlossen wurde, musste dieses röhrenbewohnende Lebewesen keine großen Energiemengen für die Nahrungssuche aufwenden, sondern konnte im ressourcenarmen Grenzbereich von Schlamm und Sand am Meeresboden Wurzeln schlagen und überleben. Diese kooperative Herangehensweise senkte die physiologische Hürde, die für das Überleben früher vielzelliger Tiere erforderlich war, und ermöglichte es ihnen, im harten Wettbewerb des Urozeans wertvollen Lebensraum zu gewinnen.
Komplexes Leben kämpfte nicht allein: Eine 500-Millionen-jährige Geschichte der Zusammenarbeit
In der Vergangenheit war die vorherrschende Meinung in der Wissenschaft, dass die hochgradig spezialisierte symbiotische Partnerschaft zwischen Tieren und Mikroben ein Ergebnis sei, das sich erst nach der kambrischen Explosion zusammen mit der Zunahme der biologischen Vielfalt entwickelt habe. Die internationale Fachzeitschrift Nature wies in ihrem Research Highlight zu dieser Studie darauf hin, dass die Entdeckung des Teams der Universität Nanjing den ältesten bekannten physischen Beweis für eine Symbiose zwischen Tier und Mikrobe liefert. Dieser Erfolg verschiebt die Geschichte der speziesübergreifenden Zusammenarbeit um zig Millionen Jahre in die Vergangenheit und erneuert unser Verständnis der frühen evolutionären Beziehungen.
Die Etablierung der symbiotischen Beziehung zwischen Tieren und Mikroben im Ediacarium zeigt, dass der Ursprung und die Evolution komplexen Lebens schon immer auf speziesübergreifende Ernährungsallianzen angewiesen waren. Frühe Tiere standen der komplexen Umgebung des Urozeans nicht allein gegenüber; stattdessen entschieden sie sich von Beginn der Evolution an dafür, Seite an Seite mit Bakterien aus der mikroskopischen Welt zu kämpfen. Jene tief in den Gesteinsschichten schlummernden röhrenförmigen Fossilien dokumentieren deutlich: Bereits vor über 500 Millionen Jahren hatte das Leben die Überlebensweisheit der Win-Win-Kooperation gemeistert.
Referenzen:
- Bericht im Nature Research Highlight
- Nachrichtenbericht der School of Earth Sciences and Engineering der Universität Nanjing
- Originalartikel in PNAS e2526201123
