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Urzeit-Algen besaßen ein komplexes Fortpflanzungssystem
Nicht nur Tiere entwickelten während der Kambrischen Explosion neue Lebensformen. Auch winzige Algen könnten damals bereits ungewöhnlich komplexe Fortpflanzungsstrukturen besessen haben, wie Mikrofossilien aus China nahelegen. Verschließbare Öffnungen in ihrer äußeren Zellhülle könnten es ermöglicht haben, Fortpflanzungszellen nach und nach freizusetzen, ohne den gesamten Zellverband aufzubrechen.
Nanjing (China). Vor mehr als 500 Millionen Jahren wandelten sich die Nahrungsketten in den Ozeanen grundlegend. Während der Kambrischen Explosion entstanden zahlreiche neue Tiergruppen, darunter Räuber und Plankton filtrierende Meerestiere. Wie die mikroskopisch kleinen Algen als Basis vieler mariner Nahrungsketten auf die veränderten Bedingungen reagierten, ist hingegen weniger gut bekannt.
Besonders schwer lässt sich aus Fossilien erschließen, wie sich frühe mehrzellige Algen vermehrten. Denn kurzlebige Abläufe der Fortpflanzung werden kaum direkt überliefert. Umso aufschlussreicher sind Versteinerungen, bei denen auch feine Zellstrukturen und mögliche Austrittsöffnungen erhalten geblieben sind.
Forscher des Nanjing Institute of Geology and Palaeontology, Chinese Academy of Sciences (NIGPAS) um Prof. Zongjun Yin haben nun solche Fossilien aus der frühkambrischen Kuanchuanpu-Biota in der chinesischen Provinz Shaanxi analysiert. Sie beschreiben die neue mehrzellige Algenart Polyostiosphaera operculata, deren ungewöhnlicher Aufbau Hinweise auf eine kontrollierte Freisetzung von Fortpflanzungszellen liefert.
Die fossilen Algen sind kugelförmig und messen nur etwa 0,53 bis 0,85 Millimeter im Durchmesser. Das Team hat sie mit Licht- und Rasterelektronenmikroskopie sowie hochauflösender Röntgen-Mikrotomografie untersucht. Mit dem dreidimensionalen Verfahren ließen sich auch Strukturen im Inneren sichtbar machen, ohne die empfindlichen Fossilien zu zerstören.
Dabei zeigte sich eine Außenhülle aus vielen kleinen Zellen, die einen Verband von rund 200 bis 500 deutlich größeren Zellen umschließt. Bei besonders gut erhaltenen Exemplaren liegt dazwischen zudem eine zellfreie Membran. Die räumliche Trennung und die unterschiedlichen Zellgrößen deuten darauf hin, dass die äußeren Zellen vorwiegend vegetative Aufgaben erfüllten, während die inneren der Fortpflanzung dienten.
Auffällig sind regelmäßig verteilte runde Öffnungen in der äußeren Hülle. Einige davon tragen noch pfropfenartige Verschlüsse, an denen konzentrische Ringe erkennbar sind. Die Forscher deuten diese Strukturen als mögliche Ausgänge für die größeren Zellen im Inneren.
Wenn sich solche Verschlüsse lösten, hätten Fortpflanzungszellen durch die bereits vorhandenen Kanäle nach außen gelangen können. Die äußere Hülle hätte dabei nicht vollständig zerreißen müssen. Dadurch wäre es anatomisch möglich gewesen, Nachkommen zeitlich gestaffelt oder sogar mehrfach freizusetzen, statt den gesamten Zellverband auf einmal aufzubrechen.
Ob die Urzeit-Algen diese Möglichkeit tatsächlich nutzten, ist allerdings nicht belegt. Die Versteinerungen zeigen den Bau des mutmaßlichen Freisetzungsapparats, aber keinen ablaufenden Fortpflanzungsvorgang. Auch was nach dem Austritt mit den inneren Zellen geschah, bleibt unbekannt.
Um den Grad ihrer Organisation einzuordnen, verglichen die Wissenschaftler 27 körperliche Merkmale von Polyostiosphaera mit denen anderer kambrischer Algen und heutiger Vertreter der Volvocaceae, zu denen die Kugelalgen gehören. Die neue Fossilart zeigt bei Zelldifferenzierung und Fortpflanzungsaufbau eine für das frühe Kambrium bemerkenswerte Komplexität.