Am Anfang war LUCA
Wie untersucht man einen Organismus, der vor fast vier Milliarden Jahren lebte?
LUCA oder LUA (Last [Common] Universal Ancestor) nennen Wissenschaftler den Organismus, von dem alles Wesen auf der Erde abstammt. Der komplette Baum des Lebens leitet sich also von ihm ab. LUCA soll vor etwa 3,5 bis 3,8 Milliarden Jahren gelebt haben. Eine Menge Mysterien umgeben ihn. Wie mag er entstanden sein, wie hat er gelebt?
Doch nicht alle Fragen sind ungeklärt. Einige Antworten ergeben sich schon aus dem Konzept des letzten gemeinsamen Vorfahren. Etwa auf die Frage, ob LUCA das erste Lebewesen auf der Erde war - ganz sicher nicht, nur sind offenbar all seine Vorgänger ausgestorben, ohne Nachfahren zu hinterlassen. Ebensowenig handelte es sich bei LUCA um eine Form von Adam: der Urvorfahr war kein einzelnes Wesen, sondern eine ganze Art. LUCA war auch kein Grundmodell mehr, sondern selbst schon das Produkt einer Evolution - nur lässt sich die heute eben nur noch bis zu diesem Vorfahren aller heutigen Organismen zurückverfolgen.
Es handelte sich auch sicher nicht um die einfachst mögliche Form eines Organismus. Vielmehr muss LUCA schon verschiedene Merkmale heutiger Lebewesen besessen haben. Sein genetischer Code gründete auf DNS, die bei ihm bereits aus vier verschiedenen Nukleotiden bestand. Sie hatte bereits die typische Doppelstrang-Form. RNS vermittelte den Gencode bei der Vererbung, der den Aufbau von Proteinen kodierte. Glukose diente als Energiequelle, ATP als Überträger. Die Zellen des Ur-Vorfahren müssen bereits von einer Membran umgeben gewesen sein, die Vermehrung vollzog sich durch Duplizierung aller Bestandteile und anschließende Zellteilung.
Doch woher weiß man das alles, wie untersucht man ein Wesen, das seit so langer Zeit ausgestorben ist? Fossile Funde lassen jedenfalls kaum Rückschlüsse zu, denn bei LUCA handelte es sich um einen Einzeller. Und mangels Augenzeugen kann niemand mehr von LUCAs Werden und Vergehen erzählen. Doch Spuren hat er notwendigerweise hinterlassen: Im genetischen Code der Organismen, die von ihm abstammen, seien es Bakterien, Archaeen oder Eukaryoten (zu denen Pflanzen, Tiere und schließlich auch die Menschen zählen). Diese Spuren kann man mit Hilfe der Genanalyse verfolgen. Je näher man dabei LUCA in der Erbfolge rückt, desto einfacher wird es. Klar: Im Urenkel noch Spuren des Urgroßvaters zu finden ist schwerer, als wenn man im Enkel suchen könnte.
Über Jahrmillionen vom mesophilen zum thermophilen Organismus
Einer Gruppe französischer Forscher ist es nun sogar gelungen, die wahrscheinlichen Lebensumstände von LUCA zu ermitteln. Ihre Arbeit ist eben von Wissenschaftsmagazin Nature vorab online veröffentlicht worden. Bisher war man der Meinung gewesen, LUCA habe sich in eher heißem Klima entwickelt. Das schloss man vor allem aus Eigenschaften der ersten Archaeen, der neben Bakterien und Eukaryoten dritten Gruppe von Organismen, die heute noch vor allem in heißen Quellen und ähnlichen lebensfeindlichen Umgebungen existieren.
Andererseits sprach einiges dafür, dass LUCA es eher kühl mochte. Das schloss man aus der Zusammensetzung der RNS, die interessanterweise mit den äußeren Lebensumständen der ersten Organismen korreliert.
Die französischen Forscher konnten nun zeigen, dass beide Seiten Recht haben. Offenbar entwickelte sich LUCA über die Jahrmillionen zunächst vom mesophilen (beste Wachstumstemperatur bei unter 50 Grad Celsius) zum thermophilen (beste Wachstumstemperatur bei 50 bis 80 Grad Celsius) Organismus. Vermutlich mussten sich die frühen Lebewesen damals an Temperaturänderungen auf der Erde anpassen. Zu diesem Zeitpunkt haben sich dann wohl auch die ersten Vorfahren der Bakterien und gemeinsame Vorfahren von Archaeen und Eukaryoten abgespalten. Später jedoch passte sich LUCA wieder an niedrigere Temperaturen an. Zu dieser Zeit, vor etwa 3,5 Milliarden Jahren, haben sich vermutlich auch die Ozeane von ursprünglich 70 auf 10 Grad Celsius abgekühlt.
Die Arbeit des Forscherteams verrät nicht nur etwas über LUCA, sondern auch über die frühe Entwicklung der Erde selbst - über die man heute ebenfalls noch hypothetisiert. Die Wissenschaftler schlagen nun vor, auch den Werdegang aerober und anaerober Organismen auf ähnliche Weise zu untersuchen - so könnte man eine Art frühen Sauerstoffmesser entwickeln.