Fossile Vorläufer der ersten Tiere

570 Millionen Jahre alter vielzelliger Sporenkörper während der Zell- und Zellkernteilung. Die untersuchten Fossilien stammen aus Südchina. Die Aufnahmen wurden mit Hilfe der Röntgentomografie an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz erstellt.Quelle: Copyright: Stefan Bengtson, Swedish Museum of Natural History (idw)

Einzellige Organismen, die vor über einer halben Milliarde Jahre gelebt haben und deren Fossilien in China gefunden wurden, sind wohl die unmittelbaren Vorläufer der frühesten Tiere. Die amöbenartigen Einzeller haben sich in einer Weise in zwei, vier, acht usw. Zellen geteilt, wie es heute tierische (und menschliche) Embryonen tun. Die Forscher glauben, dass diese Organismen einem der ersten Schritte vom Einzeller zum Vielzeller in der Entwicklung richtiger Tiere entsprechen. Möglich wurden die Erkenntnisse durch tomografische Untersuchungen, die den genauen inneren Aufbau der rund sandkorngrossen Fossilien sichtbar gemacht haben.

Alles Leben auf der Erde ist aus einem gemeinsamen einzelligen Vorfahren entstanden. Zu verschiedenen Zeiten in der Erdgeschichte taten sich Einzeller zusammen, um zu Vielzellern zu werden und so beispielsweise die Grundlage für die unüberschaubare Vielfalt der Tiere zu schaffen. Leider sind diese einschneidenden evolutionären Schritte kaum durch Fossilien belegt.

Die Fossilien, über die in der neuesten Ausgabe von Science berichtet wird, bewahren verschiedene Stufen im Lebenszyklus eines Amöbenähnlichen Organismus, der sich in einem ungeschlechtlichen Vorgang teilt, so dass zunächst zwei, dann vier, acht, sechzehn usw. Zellen entstehen. Am Ende entstehen Hunderttausende sporenartige Zellen, die freigesetzt werden und den Zyklus neu beginnen lassen können. Die Art der Zellteilung erinnert so stark an tierische (und menschliche) Embryonalentwicklung, dass man diese Organismen bislang für die Embryonen frühester Tiere gehalten hat.

Die Forschenden haben die mikroskopisch kleinen Fossilien mit hochenergetischem Röntgenlicht aus der Synchrotron Lichtquelle Schweiz des Paul Scherrer Instituts untersucht. Dabei wurde die Anordnung der Zellen innerhalb der umgebenden Schutzhülle sichtbar. Eigentlich hätten diese Organismen gar nicht zu Fossilien werden dürfen – es handelte sich ja eigentlich nur um zähflüssige Zellansammlungen. Da sie aber in Sedimenten vergraben waren, die reich an Phosphat sind, konnte dieses in die Zellwände eindringen und sie zu Stein werden lassen.

Dazu Therese Huldtgren, die Erstautorin des Artikels: „Die Fossilien sind faszinierend – sogar die Zellkerne sind erhalten.“

Mitautor John Cunningham sagt: „Wir haben einen Teilchenbeschleuniger, die Synchrotronlichtquelle SLS, für unsere Untersuchungen genutzt. Damit konnten wir ein perfektes Computermodell des Fossils erstellen, das wir in beliebiger Weise virtuell aufschneiden konnten – ohne das wirkliche Fossil zu beschädigen. Anders hätten wir diese Fossilien gar nicht untersuchen können.“

Marco Stampanoni, Leitender Wissenschaftler an der Röntgentomografie-Strahllinie der SLS fügt hinzu: „Unser tomografisches Synchrotronmikroskop ist über die Jahre immer weiter verbessert worden und liefert nun dreidimensionale Informationen über winzige Fossilien bis auf die Zellebene. Und das mit einmaliger Qualität und Zuverlässigkeit. So kann man in wenigen Minuten zerstörungsfrei die morphologische Struktur mit einer Genauigkeit von Tausendsteln eines Millimeters bestimmen.“

Mit der Methode der Röntgentomografie konnte bewiesen werden, dass die Fossilien Eigenschaften aufweisen, die mehrzellige Embryonen nicht haben. Das hat die Forschenden darauf gebracht, dass diese Fossilien keine Tiere und keine Embryonen waren, sondern vielmehr Sporenkörper einzelliger Vorfahren der Tiere.

Philip Donghue sagt: „Die Ergebnisse haben uns sehr überrascht – wir waren lange überzeugt, dass diese Fossilien Embryonen frühester Tiere waren. Vieles von dem, was in den vergangenen zehn Jahren über diese Fossilien geschrieben worden ist, ist einfach falsch. Unsere Kollegen werden nicht erfreut sein.“

Stefan Bengtson fügt hinzu: „Diese Fossilien zwingen uns unsere bisherigen Vorstellungen zu überdenken, wie sich Tiere entwickelt haben, bei denen viele Zellen grössere Organismen bilden.“

Die Forschungsarbeit wurde vom Britischen Forschungsrat für Umweltforschung, dem Schwedischen Forschungsrat, dem Paul Scherrer Institut, dem chinesischen Ministerium für Wissenschaft und Technologie, der chinesischen Stiftung für Naturwissenschaft und dem 7. EU-Rahmenprogramm finanziert.

Quelle: Paul Scherrer Institut (PSI) (idw)