Patterns and causes of gene evolution over long evolutionary distances in prokaryotes
Year: 2024
Type: dissertation
Abstract: Der horizontale Gentransfer (HGT) ermöglicht es Mikroben sich anzupassen, aber er erlaubt auch die Entstehung neuer Arten durch massive Genübertragungen. Angesichts dieser hohen Variabilität von Genen zwischen entfernt verwandten Gruppen sind die Artengrenzen bei Prokaryonten nicht klar definiert. Es wurde jedoch berichtet, dass bestimmte Gene eher vertikal von einer Generation zur nächsten weitergegeben werden. Diese Gene, häufig ribosomale Proteine, sind in der Tat so resistent gegen eine Übertragung, dass die Phylogenetik sie als Instrument zur Bestimmung der Verwandtschaftsverhältnisse zwischen prokaryotischen Arten nutzt. Die Vertikalität von Genen wird eines der Hauptthemen dieser Arbeit sein. Im Gegensatz dazu sind einige Gene anscheinend anfällig für horizontale Transfers zwischen den Abstammungslinien. In einigen Fällen könnten diese massiven Transfers eine ökologische Notwendigkeit gewesen sein, damit die Abstammungslinien Veränderungen in der Umwelt auf globaler Ebene überleben konnten. Eine solche Veränderung ist das Great Oxygenation Event vor etwa 2,4 Milliarden Jahren. Die Photosynthese der Cyanobakteria führte zu einer Anreicherung der Atmosphäre mit ihrem Abfallprodukt: Sauerstoff. Dieses neue Molekül war für viele der vorhandenen Arten sowohl schädlich als auch vorteilhaft, da Sauerstoff für anaerobe Organismen tödlich sein kann, aber auch eine enorme Freisetzung von Energie und die Zersetzung von ansonsten schwer abbaubaren Verbindungen ermöglicht. Daher kann man davon ausgehen, dass sich Enzyme, die Sauerstoff verwerten, in der Welt der Prokaryonten schnell verbreitet haben. Eine andere Möglichkeit der Anpassung von Organismen besteht in der Schaffung neuer Gene, die durch Genduplikationen entstehen können. Dieser Prozess ist jedoch bei Eukaryonten viel häufiger als bei Prokaryonten. Es ist bekannt, dass die ersten Eukaryonten eine Symbiose zwischen zwei Prokaryonten waren, wahrscheinlich einem archäischen Wirt und einem bakteriellen Symbionten, aus dem sich später die Mitochondrien entwickelten (Endosymbiose). Während dieses Übergangs von zwei Prokaryonten zu einer Einheit, den Eukaryonten, könnten Duplikationen eine größere Rolle als bisher in der Evolution der beiden Linien gespielt haben. Außerdem wird oft übersehen, dass die ursprünglichen Symbionten ebenfalls Prokaryoten waren und daher wahrscheinlich HGT betrieben. Diese Prozesse sollten aufgrund der ursprünglichen Gentransfers nachweisbare Signale in den heutigen eukaryotischen Genomen hinterlassen. Doch auch wenn diese Signale nachweisbar sind, bleibt es schwierig, sie zu interpretieren. Lange Zeiträume machen es schwierig, alle möglichen Hinweise richtig zu interpretieren. In der Folge wird es fast unüberwindbar schwieriger, Daten aus noch länger zurückliegenden Zeiten zu interpretieren: Die Entstehung des Lebens. An diesem Beispiel lässt sich aber auch zeigen, dass konkurrierende Hypothesen zwar immer noch verschiedene Gemeinsamkeiten haben, sich aber in der Ausführung und im Zeitpunkt dieser Gemeinsamkeiten unterscheiden.
Author: Nagies, Falk Sascha Per
Language: English
Subfield: Molecular Biology
Domain: Life Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W7070597807