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Wer waren die Vorfahren der Landpflanzen?

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Die Vorfahren der Grünalge Spirogyra könnten einst an Land gelebt haben (Foto: Gert Hansen/SCCAP)
Der gängigen Theorie nach entwickelten sich die Vorfahren der ersten Landpflanzen aus wasserlebenden Algen. Doch was, wenn es ganz anders war? Dänische Forscher legen nun neue Belege und Argumente für ein alternatives Szenario vor. Nach diesem besiedelten einzelligen Grünlagen schon hunderte Millionen Jahre vor der Entstehung der ersten Landpflanzen das Land. Und aus diesen terrestrischen Algen entwickelten sich dann die Vorfahren der Moose und Farne.

Dass die Entwicklungsgeschichte der Landpflanzen einst mit urzeitlichen Grünalgen aus der Gruppe der Charophyta begann, ist relativ unstrittig. Diese Photosynthese treibenden Einzeller besitzen noch heute einige Merkmale, die denen der einfachen Landpflanzen ähnlich sind. So hat ihr vegetatives Stadium keine Geißeln mehr, sie besitzen eine sexuelle Vermehrung und einige Arten machen bereits einen Generationswechsel durch, wie er bei Moosen und Farnen üblich ist. Wie und wann allerdings einige urzeitliche Charophyta den Schritt an Land vollzogen, ist bisher unbekannt – und ziemlich umstritten. „Das Problem dabei ist, dass es kaum Fossilien aus dieser frühen Zeit gibt, nur ein paar einzellige Mikrosporen „, erklären Jesper Harholt vom Carlsberg Labor und seine Kollegen von der Universität Kopenhagen. „Mehr fossile Relikte gibt es erst ab der Zeit vor rund 400 Millionen Jahren, aber da waren die Landpflanzen schon entstanden.“ Die gängige Lehrmeinung geht daher von einem Landgang der Pflanzen vor rund 480 Millionen Jahren aus, es gibt jedoch auch Forscher, die einen ersten Versuch des Landgangs durch einzellige Algen schon hunderte Millionen Jahre früher ansetzen. Bisher fehlten dafür jedoch die Belege.

Verräterische Anpassungen ans Landleben

Harholt und seine Kollegen liefern nun neue Indizien und Belege, die für ein solches alternatives Szenario sprechen. Ausgangspunkt ihrer Studie war die Analyse der Zellwand der Charophyta. „Wir stellten fest, dass diese Algen eine Zellwand besitzen, die ähnlich komplex ist wie die terrestrischer Pflanzenzellen“, berichtet Harholt. „Das aber erschien uns seltsam, weil die urzeitlichen Algen diese im Wasser gar nicht gebraucht hätten.“ Und der Aufbau einer solchen Zellwand ist aufwändig: Rund 250 verschiedenen Gene mussten verändert werden, um das Zellgerüst dichter und stabiler zu machen als sonst bei aquatischen Algen üblich. Die Zellwand der Charophyten enthält sogar Lignin, ein Molekül, das in Holz der Stabilisierung und dem UV-Schutz der Zellen dient. „Warum sollten Algen, die in einem rein aquatischen Milieu leben, eine Zellwand entwickeln, die so gut an einen terrestrischen Lebensstil angepasst ist?“, so die Frage der Forscher.

Nach Ansicht von Harholt und seinen Kollegen gibt es eine einfache Erklärung dafür: Die Vorfahren der heutigen Charophyten lebten gar nicht im Wasser, sie hatten bereits das Land erobert. Ihrem Szenario nach überlebten diese Einzeller im feuchten Sand am Ufer von Gewässern und deckten ihren Wasserbedarf durch Regen. Einige dieser Urzeit-Algen optimierten in dieser Zeit ihre Zellwand und entwickelten Veränderungen im Erbgut, die sie noch besser gegen gelegentliche Austrocknung und das nun nicht mehr vom Wasser gefilterte UV-Licht der Sonne schützte. Genetische Analysen der zu den Charophyten gehörenden Alge Klebsiella zeigen, dass sie in ihrem Erbgut Gene trägt, die schon ihre Vorfahren toleranter gegenüber Trockenheit, UV-Licht und oxidativem Stress machten –  und die denen der heutigen Landpflanzen entsprechen, wie die Forscher berichten.

Nach ihrem Szenario blieben dann einige Vertreter dieser terrestrischen Algen an Land und entwickelten sich zu den ersten Landpflanzen weiter. Andere wechselten dagegen wieder ins Wasser zurück – ihre Nachfahren sind die heutigen Charophyten. Diese sind damit sekundär wasserlebend. „Sie finden sich heute in Süßwasser-Habitaten, obwohl sie viele ihrer terrestrischen Merkmale behalten haben“, erklären die Forscher. Sollte sich ihr Entstehungsmodell bestätigen, müssten die Botanik-Lehrbücher neu geschrieben werden. „Wir müssen das alte Denken auf den Kopf stellen – die Beweise gibt es nun“, kommentiert Koautor Peter Ulskov von der Universität Kopenhagen. Harholt ergänzt: „Manchmal muss man einfach geduldig sein und seine verrückten Ideen verfolgen, selbst wenn sie dem gängigen Dogma widersprechen. Wenn man genügend Belege sammelt, erkennt man irgendwann, dass man trotzdem Recht haben könnte.“ Ob dies im Falle des Landgang-Szenarios der Fall ist, muss sich nun zeigen.

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Quelle:

© wissenschaft.de – Nadja Podbregar
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