Diese Frage beschäftigt die Evolutionsbiologie schon lange. Eine mikroskopisch kleine Alge, die eng mit den frühesten Landpflanzen verwandt ist, gibt nun Aufschluss. Bei ihr haben Forschende der Universität Göttingen ein ausgeklügeltes System von biologischen Mechanismen zur Abwehr von Sonnenschäden entdeckt. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Current Biology veröffentlicht.
Die einzellige Grünalge Mesotaenium endlicherianum aus der Gruppe der Schmuckalgen (Zygnematophyceae) war im Labor intensiver UV-B-Strahlung ausgesetzt und reagierte darauf unmittelbar: Innerhalb einer Stunde sank ihre Photosynthese-Effizienz, sie wandelte also weniger Lichtenergie in chemische Energie um. Gleichzeitig begannen die Zellen, sich umzubauen. Sie bildeten mit Zellsaft gefüllte Zellräume, sogenannte Vakuolen, und verlagerten ihre Chloroplasten, die Orte der Photosynthese. „Die Veränderungen deuten darauf hin, dass sich die Zellen aktiv schützen. Zu diesem Zweck scheinen sie einerseits ihre Lichtabsorption zu verringern, also weniger der Strahlungsenergie aufzunehmen und umzuwandeln. Andererseits lagern sie schädliche Nebenprodukte in zusätzliche Vakuolen aus“, erklärt Erstautorin Cäcilia Kunz, die im Bereich evolutionäre Genomik an der Universität Göttingen promoviert.
Zusätzlich wurden in der bestrahlten Grünalge Gene aktiv, die mit Stressreaktionen in Verbindung stehen. Viele der Gene gibt es auch in heutigen Landpflanzen. Das komplexe System, das durch die UV-Strahlung in Gang gesetzt wird, könnte somit schon vor dem Übergang an Land existiert haben und über Jahrmillionen konserviert worden sein. Dazu gehören Proteine, die UV-Strahlung erkennen und spezielle Stress-Signalwege, Reparaturmechanismen für UV-induzierte Schäden an der DNA sowie Regulatoren der Photosynthese, die unter Stress die Energieproduktion runterfahren. Das Team entdeckte außerdem, dass spezielle Kinase-Signalnetzwerke anspringen, die wie Schaltzentralen zelluläre Reaktionen koordinieren. Zudem werden Hormon-Signalwege aktiviert, die auch Landpflanzen aufweisen.
Darüber hinaus produzierte die Grünalge als Reaktion auf die UV-Strahlung chemische Verbindungen. Viele gehören zur Klasse der Phenole, die bei Landpflanzen als UV-Schutz und Antioxidantien wirken. „Wir haben zudem eine Reihe bisher unbekannter chemischer Derivate gefunden, was auf unentdeckte und einzigartige Stoffwechselwege hindeutet“, sagt Prof. Dr. Jan de Vries, Leiter der Angewandten Bioinformatik an der Universität Göttingen.
„Unsere Studie liefert ein umfassendes Modell dafür, wie frühe Verwandte der Pflanzen auf UV-Strahlung reagierten“, fasst Kunz zusammen. „Viele der Mechanismen gab es wahrscheinlich schon, bevor die ersten Pflanzen an Land gingen. Sie bildeten die Grundlage für das Leben an Land.“ Erkenntnisse darüber, wie sich frühe Pflanzen an UV-Strahlung angepasst haben, beantworten nicht nur grundlegende Fragen zur Evolution. Sie haben auch Bezug zum Jetzt und Hier: Das Wissen um Mechanismen gegen Stress kann zur Optimierung von Nutzpflanzen beitragen, die zunehmend Belastungen aus ihrer Umwelt ausgesetzt sind.
Universität Göttingen
Originalpublikation:
Kunz CF et al.: Chemodiverse cell system responses to UV in an algal sister of land plants. Current Biology (2026). https://doi.org/10.1016/j.cub.2026.04.015
