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Warum sind Kieselalgen so erfolgreich?
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Kieselalgen, Rotalgen Grünalgen
Kieselalgen
(Diatomeen) spielen eine Schlüsselrolle
für die Photosynthese in den Weltmeeren und werden deshalb intensiv
untersucht. Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts für Polar-
und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft haben in internationaler
Zusammenarbeit eine neue Entdeckung zur Evolution der Photosynthese in
Diatomeen gemacht. Bisher ging man davon aus, dass Diatomeen ihre Fähigkeit
zur Photosynthese ausschliesslich von Rotalgen geerbt haben.
Die Molekularbiologen haben jetzt gezeigt, dass sich im Genom der Diatomeen
erhebliche Mengen an Erbmaterial finden, das von Grünalgen abstammt.
Die photosynthetischen
Zellstrukturen der Diatomeen, vereinen somit Eigenschaften aus Rotalgen-
und Grünalgenvorfahren, was ihren enormen Erfolg in den Weltmeeren
erklären könnte. Die Ergebnisse werden nun in der jüngsten
Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift "Science" vorgestellt.
Die Photosynthese,
Basis allen Lebens auf der Erde, wird je etwa zur Hälfte auf dem Land
und im Meer erbracht. An Land sind vor allem komplexe grüne Pflanzen
dafür verantwortlich, in den Meeren die Algen und zwar vorwiegend
einzellige Vertreter. Darunter stellen die Kieselalgen
(Diatomeen) mit einem Anteil von etwa
40 Prozent die wichtigste Gruppe.
Landpflanzen,
Rot- und Grünalgen unterscheiden sich in ihrer evolutionären
Geschichte grundsätzlich von den Diatomeen:
Sie
entstammen der Symbiose eines photosynthetischen Bakteriums (Cyanobakterium) mit einer höher entwickelten, farblosen Wirtszelle mit Zellkern
(eukaryotische Zelle). Da dabei eine Zelle als Symbiont in einer anderen
Zelle lebt, nennt man den Vorgang Endosymbiose. Im Ergebnis entstanden
so die photosynthetischen Organellen in Pflanzen- und Algenzellen, die
Plastiden oder Chloroplasten.
Mittlerweile
haben Valentin und sein Kollege Bànk Beszteri Spuren einer grünen
Endosymbiose auch in anderen Meeresalgen entdeckt, die ähnlich
wie Diatomeen ebenfalls aus einer sekundären Endosymbiose hervorgegangen
sind. Dazu gehören beispielsweise die Braunalgen.
"Unser
nächstes Ziel ist es nun herauszufinden, welchen Vorteil diese Form
der Symbiose den Meeresalgen genau gebracht hat. Wir wollen diesen Vorteil
quantifizieren und die Stoffwechselwege identifizieren, die in Diatomeen
zusätzlich vorhanden sind oder besser funktionieren als in Rot-
oder Grünalgen alleine. Vielleicht können wir so verstehen,
warum die Algen mit sekundären Plastiden in den Meeren so erfolgreich
sind während an Land Pflanzen mit primären Plastiden das
Rennen gemacht haben."
Auch Diatomeen besitzen Plastiden, doch diese entwickelten sich, in dem zwei höhere
Zellen miteinander verschmolzen: Eine eukaryotische Wirtszelle nahm einen photosynthetischen
Rotalgen-Einzeller auf. Bei dieser sekundären Endosymbiose entstehen
so genannte sekundäre Plastiden. Bisher ging man davon aus, dass die
aufnehmende Zelle farblos und nicht photosynthetisch war.
"In
einer internationalen Zusammenarbeit gelang es uns zu zeigen, dass die
aufnehmende Wirtszelle bereits Chloroplasten besass, die denen von Grünalgen ähneln. In den Genomen von zwei Diatomeen-Arten konnten wir Spuren
dieser "kryptischen" Chloroplasten entdecken", erklärt Klaus
Valentin, Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts für Polar-
und Meeresforschung.
Tatsächlich
fänden sich in den Genomen sogar mehr Spuren des Grünalgen -
als des Rotalgen-Vorfahren. Daraus könne man schliessen, dass die
Plastiden heutiger Diatomeen tatsächlich eine Mischform aus zwei Plastidentypen,
denen aus Grünalgen und Rotalgen,
darstellen. "Diatomeen verfügen dadurch wahrscheinlich übermehr
stoffwechselphysiologisches Potenzial als jede der beiden Ausgangstypen
einzeln, was den grossen Erfolg der Diatomeen in den Meeren erklären
könnte", so Valentin weiter. "Ihre Plastiden könnten quasi das
"Beste beider Welten" vereinen."
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Der
Originaltitel der Science-Veröffentlichung lautet:
"Genomic
footprints of a cryptic plastid endosymbiosis in diatoms. During their
evolution the dominant phytoplankters in the world's oceans sampled genes
from both red and green algae." (Autoren: Ahmed Moustafa, Bánk Beszteri,
Uwe G. Maier, Chris Bowler, Klaus Valentin, Debashish Bhattacharya)
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| Quelle:
Text Alfred-Wegener-Institut 2009 |
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Biologie Algen |
| Algen Salzwasser- und Süsswasseralgen |
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Biologie Kieselalgen |
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Biologie Rotalgen |
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Biologie Blaualgen |
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| Phytoplankton |
| Phytoplankton sind dünne einzellige Algen, welche mit Hilfe von Sonnenlicht aus Kohlendioxid Kohlenhydrate herstellen (Photosynthese). Es gibt etwa 1'800 Arten dieser Einzeller. Die Diatomeen (Kieselalgen) sind die häufigsten Vertreter dieser Gattung. Zwei bedeutende Vertreter der Phytoplankton-Gruppen sind die Kieselalgen und Blaualgen. Algen gewinnen die Energie, die sie für die Photosynthese benötigen, durch die Absorption des Sonnenlichts mit bestimmten Pigmenten wie dem Chlorophyll. |
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| Erbfaktoren - Gene - Genome - DNA |
| Zu den Hauptbestandteilen eines Zellkerns gehören die «Nukleoproteide». «Nukleoproteide» sind Substanzen, die aus «Nukleinsäuren» und einem Protein (Eiweiss) bestehen. Die «Nukleinsäuren» steuern die Bildung der Enzyme in den Zellen. Sie sind damit die Träger der «Erbfaktoren = Gene = Genome». Eine wichtige «Nukleinsäuren» ist die «Desoxyribonukleinsäure (DNS)». Die DNS wird auch DNA (engl. A = Acid = Säure) genannt. Die DNS ist in den Chromosomen lokalisiert. Bei der Zellkernteilung werden die Chromosomen längs geteilt. Jeder der geteilten Zellkerne enthält jeweils die Hälfte jedes einzelnen Chromosoms.
Die DNA enthält den gesamten Bauplan eines Organismus. Aufgrund dieser Anleitung weiss jede Zelle, wie sie sich entwickeln und welche Aufgabe sie erfüllen muss.
Die Chromosomen (griech: Farbkörper) befinden sich in den Zellen von Lebewesen. Der wichtigste Bestandteil der Chromosomen ist bei den meisten Lebewesen die «Desoxyribonucleinsäure (DNS). Die Chromosomen sind die Träger der Erbanlagen. Die Reihenfolge der Gene in den Chromosomen ist ein wichtiger Indikator für die Identität eines Lebewesens. |
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| Cyanobakterien |
| Cyanobakterien spielen eine der Hauptrollen in den globalen Kreisläufen von Kohlenstoff und Stickstoff. Umgangssprachlich werden die Einzeller oft als Blaualgen bezeichnet, aufgrund ihrer Biologie gehören sie aber zu den Bakterien. Als eines der ersten Lebewesen waren die Vorläufer der heutigen Cyanobakterien vor über zwei Milliarden Jahren in der Lage, Wasser zu spalten und Sauerstoff zu produzieren: Sie betrieben Photosynthese und reicherten damit die Atmosphäre mit Sauerstoff an. Unterdessen sind etwa 2'000 Arten bekannt, als Teil der untersten Stufe der Nahrungskette sind sie Lebensgrundlage für viele Tiere.
Cyanobakterien haben sich an extreme Bedingungen angepasst: Sie besiedeln Wüsten, Süss- und Salzwasser, leben in heissen Quellen oder auf salzhaltigen Steinen und sind von den Tropen bis zu den Polen zu finden.
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