Cover: KI-Illustration von Mikroben mit Außenfortsätzen; keine Mikroskopaufnahme und keine beobachtete Entstehung einer komplexen Zelle.
Die Spur führt zu einem Gasförderbrunnen in Japan. An seiner Wand wächst ein Biofilm, eine Gemeinschaft winziger Organismen. Aus der Tiefe kommt sauerstoffarmes, methanhaltiges Wasser; zeitweise erreicht Luft die Mikroben. Für ein Forschungsteam ist diese unscheinbare Nachbarschaft ein vielversprechender Ausgangspunkt für eine riesige Frage: Wie entstanden Zellen wie unsere?
Forschende um Hiroyuki Imachi und Masaru K. Nobu haben zwei Stämme der Archaeen-Gruppe Heimdallarchaeia kultiviert. Diese Gruppe steht der Abstammungslinie komplexer Zellen besonders nahe. Die am 28. Oktober 2026 in Nature veröffentlichte Arbeit zeigt lebende Mikroben mit einem vergleichsweise einfachen Inneren und aufwendigen Außenfortsätzen. Ihre Partnerschaften liefern Hinweise darauf, wie der Übergang zu komplexen Zellen möglich geworden sein könnte. Heutige Verwandte werden damit untersuchbar – die historischen Vorfahren selbst hat niemand wiederbelebt. Originalstudie: Abstract und Publikationsdaten
Warum diese winzigen Verwandten so wichtig sind
Tiere, Pflanzen, Pilze und viele Einzeller bestehen aus eukaryotischen Zellen. Ihr typischer Bau umfasst einen Zellkern und weitere abgegrenzte Funktionsräume. Archaeen besitzen keinen solchen membranumhüllten Zellkern. Trotz ihres früher gebräuchlichen Namens „Urbakterien“ sind sie auch keine Untergruppe der Bakterien, sondern eine eigene große Abstammungslinie.
Der zentrale Gedanke der Endosymbiosetheorie verbindet zwei ursprünglich eigenständige Organismen: Ein archaealer Wirt ging eine enge Beziehung mit einem Bakterium ein, dessen Nachfahren zu Mitochondrien wurden. Das erklärt einen grundlegenden Teil unserer Zellgeschichte. Wie genau aus einer äußeren Nachbarschaft eine dauerhafte innere Partnerschaft wurde, ist aber weiterhin eine Forschungsfrage. Die beteiligten Zellen mussten sich nicht nur begegnen. Ihre Stoffwechsel, Membranen und Vermehrung mussten auf eine völlig neue Weise zusammenpassen. JAMSTEC: wissenschaftlicher Hintergrund
Heute sind Mitochondrien tief in das Funktionieren unserer Zellen eingebunden. Wie beweglich und reguliert sie dort arbeiten, beschreibt unser Beitrag über Mitochondrien im ständigen Umbau. Die neue Archaeen-Arbeit blickt auf die viel frühere Frage, unter welchen Bedingungen eine solche Partnerschaft begonnen haben könnte.
Drei Jahre Geduld für eine lebende Kultur
In einer Umweltprobe die DNA einer interessanten Mikrobe zu finden, ist etwas anderes, als sie im Labor wachsen zu lassen. Eine Sequenz kann ihre Verwandtschaft verraten und mögliche Stoffwechselwege erkennen lassen. Sie sagt noch nicht zuverlässig, welche Nahrung das Lebewesen tatsächlich braucht oder welche Nachbarn ihm fehlen dürfen.
Die ausführliche japanische JAMSTEC-Meldung beschreibt den Weg vom Biofilm des Gasbrunnens KTG3 zu einer gezielten Kultur. Das Team veränderte schrittweise Nährstoffe und Kulturbedingungen und verfolgte, welche Organismen sich vermehrten. Nach ungefähr drei Jahren lag der Stamm HC1 zusammen mit seinem methanbildenden Partner in einer gereinigten Zweierkultur vor. HC1 erhielt den Namen Margulisarchaeum peptidiphilum, eine Würdigung der Biologin Lynn Margulis und ihrer Bedeutung für die Endosymbioseforschung. JAMSTEC: Herkunft und Kultivierung
Der zweite Stamm, SC1, wurde in einer gereinigten Dreierkultur mit zwei methanbildenden Partnern erhalten. „Isoliert“ bedeutet hier also nicht: eine einzige Art ganz allein im Reagenzglas. Die definierte Gemeinschaft gehört zum experimentellen Ergebnis. Die Kulturpartner sind Methanbildner aus der Gruppe der Archaeen; man sollte sie nicht beiläufig zu den Bakterien erklären, aus denen einst Mitochondrien hervorgingen. Originalarbeit: Kulturzusammensetzung
Die Vorgeschichte führt in den Tiefseeschlamm. Dort begann die Suche nach MK-D1, dessen erfolgreiche Kultivierung JAMSTEC 2020 vorstellte. Rund zwölf Jahre strategischer Kultivierungsarbeit lagen damals hinter dem Erfolg. Mit den neuen Stämmen erreicht diese Forschung eine weitere, verwandtschaftlich besonders interessante Gruppe. Der frühere Erfolg mit MK-D1
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Innen schlicht, außen erstaunlich aufwendig
Die Mikroskopie fand bei den neuen Stämmen keine beständigen inneren Membransysteme wie die Organellen eukaryotischer Zellen. Außen dagegen wachsen lange, verzweigte Fortsätze; außerdem bilden die Zellen Membranbläschen. Die Fortsätze können andere Mikroben berühren und an ihnen anhaften.
„Einfaches Inneres“ bedeutet dabei keineswegs „inhaltloser Beutel“. In den untersuchten Zellen wurden unter anderem Filamentstrukturen und ferritinähnliche Körnchen beobachtet. Filamente sind fadenartige Strukturen, Ferritin ist mit der Speicherung von Eisen verbunden. Solche Gebilde sind jedoch etwas anderes als ein Zellkern oder ein von einer Membran umschlossenes Organell.
Die Unterscheidung hat eine Vorgeschichte. Eine unabhängig geleitete Arbeit über Candidatus Lokiarchaeum ossiferum zeigte bereits ein ausgedehntes Aktin-Zellskelett in einer anderen Asgard-Archaee. Die Studie erschien online im Dezember 2022 und im Nature-Heft von 2023. Ihre Kryo-Elektronentomografie und ergänzende Markierungen verbanden die Filamente mit dem Protein Lokiactin. Aufwendige Zellarchitektur begann demnach nicht erst mit fertigen eukaryotischen Organellen. Originalarbeit zum Aktin-Zellskelett
Der Gewinn der neuen Kulturen liegt darin, eine weitere, verwandtschaftlich besonders interessante Gruppe direkt untersuchen zu können. Die Fortsätze machen einen Kontaktmechanismus anschaulich. Sie sind aber noch kein Film davon, wie eine Zelle eine andere aufnahm und zum ersten Eukaryoten wurde.
Die Partner helfen beim Stoffwechsel
HC1 und SC1 bauen Peptide ab, also Ketten von Aminosäuren. Dabei entstehen unter anderem Wasserstoff beziehungsweise Formiat, das Salz der Ameisensäure. Partnerorganismen können solche Produkte verbrauchen. Diese Arbeitsteilung wird Syntrophie genannt: Was die eine Mikrobe produziert, hält die andere auf einem so niedrigen Niveau, dass der Stoffwechsel weiterlaufen kann.
Die Arbeit liefert dafür mehr als die bloße Beobachtung zweier Zellen nebeneinander. Wurde die Methanbildung in den Kulturen gehemmt, blieb auch das Wachstum der untersuchten Archaeen aus. Die Partnerabhängigkeit ist damit experimentell angreifbar. Sie bedeutet trotzdem nicht, dass die heutigen Methanbildner die historischen Vorläufer der Mitochondrien wären.
Hier wird der Unterschied zwischen Nähe und Verschmelzung greifbar. Mikroben können eng voneinander abhängen und dennoch getrennte Zellen bleiben. Eine solche Nachbarschaft hilft, Voraussetzungen früher Zellpartnerschaften zu untersuchen; der weitere Schritt zur dauerhaften Endosymbiose verlangt zusätzliche Erklärungen.
Sauerstoff: Eine Genliste ist noch kein Atemtest
Für uns ist Sauerstoff lebenswichtig, für viele Mikroben kann er gefährlich sein. Wie konnte ein sauerstoffempfindlicher Wirt mit einem späteren Partner zusammenleben, der Sauerstoff nutzte? Die Frage ist ein Schlüssel zur Debatte über den Beginn komplexer Zellen.
Eine im Februar 2026 veröffentlichte Arbeit von Kathryn Appler und ihrem Team hatte dafür eine andere Art von Belegen untersucht: aus Umwelt-DNA zusammengesetzte Genome. Sie identifizierte bei Heimdallarchaeia Gene und Proteinmerkmale, die zu Sauerstoffnutzung passen, und diskutierte einen Vorfahren, bei dem auch aerobe Atmung vorhanden gewesen sein könnte. Das war eine genomisch begründete Rekonstruktion, kein Wachstumstest der nun kultivierten Stämme. Appler und Team: Originalabstract im Forschungsportal Wageningen
Auch HC1 besitzt Gene mit Bezug zur Sauerstoffverarbeitung. Der Kulturversuch ergibt jedoch eine entscheidende Einschränkung: Ohne zusätzliche aerobe Bakterien verhinderte bereits eine geringe Sauerstoffmenge das Wachstum. Kamen sauerstoffverbrauchende Bakterien hinzu, konnte HC1 trotz anfangs vorhandener Sauerstoffspuren wachsen.
Das spricht dafür, dass die Nachbarn die Umwelt für HC1 verträglicher machten. Die Forschenden deuten die sauerstoffbezogenen Systeme von HC1 vor allem als Schutz und Entgiftung, statt daraus eine eigene Sauerstoffatmung zur Energiegewinnung abzuleiten. „Kann bei anfänglichen Sauerstoffspuren mit Partnern wachsen“ und „atmet selbst Sauerstoff“ sind zwei verschiedene Aussagen.
Die neuen Versuche prüfen damit eine konkrete Deutung aus der Genomforschung an lebenden Zellen. Sie entscheiden aber nicht automatisch über jedes Mitglied der vielfältigen Verwandtschaftsgruppe oder jede denkbare historische Umwelt.
Welche Geschichte über unseren Ursprung trägt der Befund?
Die Ergebnisse passen zu einem Szenario, in dem ein innen vergleichsweise einfacher archaealer Wirt zuerst über äußere Strukturen enge Kontakte zu anderen Mikroben aufbaute. Der Schutz vor Sauerstoff könnte dabei geholfen haben. Eine spätere Aufnahme des bakteriellen Partners und der Umbau der Zellarchitektur würden weitere Schritte bilden. Das seit der MK-D1-Forschung diskutierte E3-Modell beschreibt einen solchen Weg als Verflechten, Aufnehmen und dauerhafte innere Integration.
Die Kultur zeigt Voraussetzungen, nicht die gesamte historische Abfolge. Auch eine besonders nahe heutige Verwandte hat ihre eigene Evolutionsgeschichte. Sie kann Merkmale bewahrt, verändert oder verloren haben. Aus zwei Stämmen lässt sich deshalb kein vollständiger Bauplan des gemeinsamen Vorfahren ablesen.
Schon eine vor der aktuellen Veröffentlichung erschienene fachliche Übersicht betonte, dass Merkmale aus verschiedenen Asgard-Linien zur Entstehung eukaryotischer Zellen beigetragen haben können. Nicht alles muss in der heute nächstgelegenen Schwestergruppe erhalten sein. Sie weist außerdem auf die Vielfalt von Zellformen und die geringe Zahl verfügbarer Kulturen hin. Schleper und Rodrigues-Oliveira: Einordnung der Asgard-Forschung
Was sich jetzt prüfen lässt
Die neuen Kulturen geben der Ursprungsfrage etwas sehr Handfestes: Organismen, deren Ernährung, Zellbau und Zusammenleben untersucht werden können. Welche Rolle haben die Fortsätze genau? Wie stabil wird eine Partnerschaft? Welche molekularen Funktionen lassen sich aus einer Sequenz vorhersagen – und welche erst im Versuch erkennen?
Dass verlässliche Beobachtungen einen Begriff vom Leben verändern können, gehört bereits zur Geschichte der Zelltheorie. Hier geht es nun um einen älteren Übergang: die Entstehung jener Zellorganisation, auf der unsere eigene Biologie beruht.
Der Biofilm im Brunnen enthält keinen eingefrorenen Anfang der Menschheit. Er enthält heutiges Leben mit einer aufschlussreichen Verwandtschaft. Gerade weil diese Mikroben keine fertige Antwort sind, sind sie so wertvoll: Mit ihnen lassen sich Geschichten über unseren Zellursprung in überprüfbare Fragen verwandeln.
