Evolution: Schlüsselfunktion des Harnstoffzyklus bei Kieselalgen

  • Die gefiederte Kieselalge Phaeodactylum tricornutum. Bild: Andrew Allen, Adrian Marchetti Die gefiederte Kieselalge Phaeodactylum tricornutum. Bild: Andrew Allen, Adrian Marchetti

Der evolutionäre Erfolg der Kieselalgen basiert vermutlich auf der Verwertung von Stickstoff aus dem Harnstoffzyklus. Der Harnstoffzyklus ist ein Stoffwechselweg, der bei Säugetieren dazu dient, überschüssigen Stickstoff in Harnstoff einzubauen und aus dem Körper auszuscheiden. Bei Kieselalgen hingegen scheint ihm eine noch viel weitreichendere Bedeutung zuzukommen. Wissenschaftler vom Potsdamer Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie haben dazu beigetragen, dass ein internationales Forscherteam den Harnstoffzyklus in Kieselalgen als ein Verteilungs- und Recyclingcenter für anorganischen Kohlen- und Stickstoff identifizieren konnte.

Der Harnstoffzyklus besitzt eine Schlüsselfunktion bei der Fixierung der beiden Elemente und trägt maßgeblich dazu bei, dass Kieselalgen sich einerseits schnell von kurzfristigem Nährstoffentzug erholen und andererseits auf ein gesteigertes Nährstoffangebot sofort mit erhöhter Stoffwechselrate und Wachstum reagieren können. Dazu tragen auch Gene bei, die durch lateralen Gentransfer in das Genom der Kieselalgen gelangt sind.

Kieselalgen, in der Fachsprache Diatomeen genannt, sind der Hauptbestandteil des Phytoplanktons und bilden somit die Basis der marinen Nahrungskette. Da sie mit ihren Chloroplasten Photosynthese betreiben, kann ihnen auch ein großer Anteil an der Produktion des Sauerstoffs in der Erdatmosphäre zugeschrieben werden. Ein Grund für den Erfolg der Kieselalgen bei der Besiedelung der Ozeane könnte sein, dass sie den ursprünglich nur bei Mehrzellern vermuteten Harnstoffzyklus aufweisen. Außerdem finden sich in den Chromosomen im Zellkern der Kieselalgen Gene, die aus Chloroplasten und Bakterien in das Genom eingewandert sind. Ein internationales Forscherteam unter Beteiligung von Alisdair Fernie vom Potsdamer Max-Planck-Insitut für Molekulare Pflanzenphysiologie hat sich damit beschäftigt herauszufinden, welchen Beitrag der Harnstoffzyklus zum Stoffwechsel der Diatomeen leistet.

Originalliteratur
Allen et al., "Exosymbiont-derived urea cycle used for intracellular carbon and nitrogen recovery in diatoms", Nature, 12 May, DOI: 10.1038/nature10074

 

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