Seit Jahrzehnten diskutieren Wissenschaftler darüber, welcher der beiden Prozesse zuerst entstanden ist: die Photosynthese oder die aerobe Atmung. Diese Frage, vergleichbar mit dem klassischen Henne-Ei-Dilemma, schien lange Zeit keine eindeutige Antwort zu haben. Doch nun könnte eine zufällige Entdeckung unser Verständnis über die Evolution dieser fundamentalen Prozesse revolutionieren. Forscher haben ein Schlüssel-Molekül identifiziert, das darauf hindeutet, dass Photosynthese und Atmung parallel in primitiven Lebensformen entstanden sein könnten.
Ein unerwartetes Molekül
Der Durchbruch gelang einem Team von Wissenschaftlern, das eigentlich mit einer ganz anderen Fragestellung befasst war. Während ihrer Forschung an Nitrospirota – einer Bakteriengruppe, die Sauerstoff nutzt – entdeckten sie eine neue Form von Chinon: die Methyl-Plastoquinon.
Chinone sind für das Leben essenziell, da sie eine zentrale Rolle im Elektronentransport von biochemischen Prozessen wie der Photosynthese und Zellatmung spielen. Bislang waren zwei Haupttypen bekannt:
🔹 Aerobe Chinone, die von Organismen genutzt werden, die auf Sauerstoff angewiesen sind.
🔹 Anaerobe Chinone, die in Organismen vorkommen, die ohne Sauerstoff auskommen.
Die Entdeckung einer dritten Variante legt nahe, dass einige Mikroorganismen bereits Sauerstoff nutzen konnten, bevor Cyanobakterien ihn vor etwa 2,4 Milliarden Jahren während des Great Oxygenation Event in großen Mengen produzierten.
#A newly identified molecule, methyl-plastoquinone, may bridge the gap between #Photosynthesis and aerobic metabolism, suggesting both processes coexisted during the Great Oxidation Event. @PNASNews https://t.co/iorkn5EIqi https://t.co/AIT9kb2TXH
— Phys.org (@physorg_com) February 25, 2025
Das fehlende Bindeglied in der Evolution
Dieser Fund könnte die Antwort auf die Frage liefern, welcher Prozess zuerst entstanden ist. Laut den Forschern könnte Methyl-Plastoquinon der Vorläufer der heutigen Chinone sein, die es Pflanzen ermöglichen, Photosynthese zu betreiben, und Tieren, Energie durch Atmung zu gewinnen.
Das würde bedeuten, dass Photosynthese und Atmung nicht nacheinander entstanden sind, sondern sich gleichzeitig in unterschiedlichen Organismen entwickelten. Anstatt einer linearen Entwicklung könnten diese Prozesse Teil eines vernetzten Systems gewesen sein, das sich an die sich verändernden Umweltbedingungen der frühen Erde anpasste.
Ein neuer Blick auf die Evolution der Zelle
Abgesehen davon, dass dieser Fund eine evolutionsbiologische Frage beantwortet, liefert er auch wertvolle Erkenntnisse darüber, wie Organismen Sauerstoff nutzen, ohne ihre Zellstabilität zu gefährden. Falls die ersten Lebewesen bereits Mechanismen zur Verarbeitung von Sauerstoff besaßen, könnte die Entwicklung des Lebens deutlich schneller und effizienter verlaufen sein, als bisher angenommen.
Diese Studie, veröffentlicht in den Proceedings of the National Academy of Sciences, verändert unser Verständnis darüber, wie das Leben auf der Erde entstanden ist. Die Möglichkeit, dass Atmung und Photosynthese simultan entstanden sind, eröffnet neue Forschungsfelder über die Ursprünge der Zellbiochemie und die Anpassung der ersten Organismen an ihre Umwelt.
Was als zufällige Entdeckung begann, könnte letztlich eines der großen Rätsel der Biologie lösen – und die bisherigen Annahmen über die Evolution des Lebens auf den Kopf stellen.
