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17.01.2013

Zinkmangel ist nicht Ursache der verlangsamten Entwicklung der Eukaryoten in der Erdgeschichte

Zink und die Evolution der Arten
Zinkmangel ist nicht Ursache der verlangsamten Entwicklung der Eukaryoten in der Erdgeschichte

Eukaryoten, also Zellen mit Zellkern wie bei den menschlichen Zellen, sind schon vor langer Zeit entstanden. Die ältesten Überreste sind 1,8 Milliarden Jahre alt. Man weiß aus der Analyse der Genome und Proteine und aus Wachstumsexperimenten, dass bei Eukaryoten viele Proteine und Enzyme auf Metallionen wie Zink zur Aufrechterhaltung der Struktur- und der Funktion angewiesen sind. Zink ist lebenswichtig für diese Zellen. Es ist auch bekannt, dass im Verlauf der Erdgeschichte die Evolution der Eukaryoten langsamer als bei den zellkernlosen Prokaryoten und Archaeen ablief. Die Wissenschaftler vermuteten bisher, dass Zinkmangel die Ursache für die verzögerte Evolution sei. In den Ozeanen seien damals die Sauerstoffkonzentrationen deutlich niedriger und die Sulfidkonzentrationen höher als heute gewesen. Das hätte dazu geführt, dass Zink als schwerlösliches Zinksulfid und nicht in löslicher Form vorlag. Den Zellen hätte schlichtweg ein notwendiger Zellbestandteil gefehlt.

Das Paläoproterozoikum erstreckt sich von vor 2,5 bis 1,6 Milliarden Jahre und man weiß aus der Biomarker-Analyse von Bohrkernen, dass sich die Eukaryoten in dieser Zeit nur wenig entwickelten. Erst vor 800 bis 600 Millionen Jahren fing die Entwicklung sich an zu beschleunigen. Um zu klären, ob wechselnde Zinkkonzentrationen die Ursache sein könnten, hat jetzt ein internationales Team von Forschern aus den USA, Kanada, England und Deutschland sich die Bohrkerne aus verschiedenen Teilen der Welt genauer angeschaut, die früher einmal den Meeresboden bildeten und ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht. Sie verfolgten die Zinkkonzentrationen und konnten eindeutig belegen, dass weltweit dieses Spurenelement in den letzten 2,7 Milliarden Jahren immer in ausreichender Konzentration vorgelegen hatte.
Gail Lee Arnold, Wissenschaftlerin am Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen, war an der Untersuchung beteiligt. „Es ist schon faszinierend, dass wir mit unseren Messmethoden so weit in die Erdgeschichte zurückschauen können. Wir können jetzt mit unseren Ergebnissen ganz klar den Zinkmangel als Wachstumsbremse ausschließen,“ sagt Arnold. Der relativ hohe Zinkgehalt in den früheren Ozeanen kam wahrscheinlich aus hydrothermaler Aktivität.

Die Autoren der Studie spekulieren, dass die Entwicklung der Eukaryoten deshalb so langsam verlief, weil der Aufbau der Steuerungsmechanismen zur Genregulation im Zellkern erhebliche Anforderungen stellt und damit auch lange Entwicklungszeiten bedeutet.

Manfred Schlösser

Rückfragen an

Dr. Clint Scott, clintonscottusgs.gov,
United States Geological Survey, Reston, Virginia.

Dr. Gail Lee Arnold, gail.l.arnoldgmail.com,
Max-Planck-Institut für Marine MIkrobiologie, Bremen, Germany

PR-Kontakt
Dr. Manfred Schlösser, mschloesmpi-bremen.de
Dr. Rita Dunker, rdunkermpi-bremen.de

Originalartikel:

Bioavailability of zinc in marine systems through time
Clint Scott, Noah J. Planavsky, Chris L. Dupont, Brian Kendall, Benjamin C. Gill, Leslie J. Robbins, Kathryn F. Husband, Gail L. Arnold, Boswell A. Wing, Simon W. Poulton, Andrey Bekker, Ariel D. Anbar, Kurt O. Konhauser, Timothy W. Lyons. Nature Geoscience 2012, doi: 10.1038/NGEO1679.

2,5 Milliarden Jahre alter Schiefergestein aus dem Mount McRae im Hamersley Basin, West-Australien. (Quelle: Gail Lee Arnold)