Die langen Fortsätze der Archaee Lokiarchaeum ossiferum werden unter dem Elektronenmikroskop sichtbar. Sie zeugen davon, dass der Einzeller über ein Zellskelett verfügt — ähnlich wie menschliche Zellen. | Foto: Thiago Rodrigues-Oliveira / Uni Wien

Der Stammbaum des Lebens erlaubt es jeweils bis zum letzten gemeinsamen Vorfahren zweier Arten vorzustossen. Damit zeichnet er sozusagen die Evolution nach. Auf einer Seite stehen da etwa die Bakterien. Von ihnen zweigt ein Ast ab, der zu Lebewesen mit einem Zellkern führt: den sogenannten Eukaryoten, aus denen sich Tiere, Pflanzen und Pilze entwickelt haben. Doch eine dritte Gruppe von Organismen schüttelt die Klassifikationen durcheinander: die 1977 erstmals beschriebenen Archaeen. Trotz ihres bakterienähnlichen Aussehens ohne Zellkern gleichen sie in einigen Eigenschaften eher den Eukaryoten.

Lange Zeit war umstritten, ob die Eukaryoten – und damit auch wir Menschen – vom Ast der Archaeen kommen oder ob es sich bei den beiden um klar getrennte Gruppen handelt. Im Jahr 2015 entfachte die Entdeckung der Asgard-Archaeen diese Debatte neu: Sind sie etwa sogar das fehlende Bindeglied in der Evolution? Aufgrund ihrer Gemeinsamkeiten mit den Eukaryoten wurden sie schnell als deren Vorfahren anerkannt. Im Stammbaummodell sind die Eukaryoten nun nicht mehr ein eigenständiger Ast, sondern erscheinen inmitten der Archaeen.

Vorbehalte gegenüber diesem Konsens hat der Evolutionsbiologe Patrick Forterre, emeritierter Professor an der Universität Paris-Saclay und am Pasteur-Institut. «Bei der Rekonstruktion des Stammbaums werden Proteine verglichen, die sich über den Verlauf der Evolution wenig veränderten. Je nach untersuchtem Protein ergeben sich jedoch unterschiedliche Stammbäume, bei denen wir Menschen innerhalb oder ausserhalb der Archaeen auftauchen», sagt der Forscher.

Für ihn sind die Ergebnisse nur erklärbar, wenn die Vorfahren der Eukaryoten von den Archaeen klar getrennt waren, aber untereinander im Laufe ihres Zusammenlebens Gene austauschten. «Unsere direkte Verwandtschaft mit den Asgard-Archaeen ist eine Verfälschung, die durch den gleichzeitigen Vergleich sämtlicher Proteine beider Organismen entstand. Allerdings spielen in beiden Fällen die Asgard-Archaeen bei der Evolution der Eukaryoten eine wichtige Rolle.»

Modell für menschliche Zellen

Die Evolutions- und Mikrobiologin Anja Spang ist von Forterres Theorie nicht überzeugt. «Wenn man Stammbäume über den Vergleich eines einzigen Proteins konstruiert, verfügt man nicht über die statistische Aussagekraft, die nötig ist, um zwei Milliarden Jahre Evolution zurückzuverfolgen», erklärt die Professorin an der Universität Amsterdam. Sie ist Spezialistin für Archaeen und hat zur Entdeckung der Asgard-Archaeen beigetragen.

«Debatten sind gut für die Wissenschaft, es ist jedoch wichtig, sich auf die vorhandenen Beweise zu konzentrieren », fährt sie fort. «Dass die Eukaryoten innerhalb der Asgard-Archaeen entstanden sind, dafür sprechen die statistischen Ergebnisse realistischer Modelle, die auf einer unverzerrten Auswahl verglichener Proteine beruhen.» Ihres Erachtens wäre die echte Debatte eigentlich, ob die Vorfahren der Eukaryoten bereits komplex waren.

«Evolutionsbiologen schlagen gerne widersprüchliche Hypothesen vor, das macht die Debatte interessant», erklärt Martin Pilhofer, Professor an der ETH Zürich. Er selbst ist Mikrobiologe und erforscht mit hochauflösender Mikroskopie das Gerüst, das Zellen zusammenhält. Dieses sogenannte Zytoskelett ist wichtig für die Teilung und die Bewegungen von Zellen und das Ziel vieler Chemotherapie-Ansätze. Die Entdeckung der Asgard-Archaeen hat deshalb Pilhofers Interesse geweckt. «Ich hielt Ausschau nach einer Forschungsgruppe, die diese Archaeen-Gruppe kultivieren konnte und mit mir zusammenarbeiten wollte», erinnert er sich.

Fündig wurde er bei der Mikrobiologin Christa Schleper von der Universität Wien. Zusammen beschrieben sie das hoch entwickelte Zytoskelett der einzelligen Mikroorganismen. «Deren Struktur war ein entscheidender Schritt auf dem Weg der Entwicklung hin zu Eukaryoten», so Pilhofer. Diese Entdeckung gibt nicht nur Hinweise auf unsere Ursprünge: «Das Zytoskelett von Asgard-Archaeen kann als Modell zur Erforschung unseres eigenen dienen.»