Heute nochmals ein eindrucksvolles Lehrstück zu „Natürlichkeit“ und Nutzen des horizontalen Gentransfers (HGT). Diesmal in der Hauptrolle: Farne.
Da diese ja am liebsten an den schattigeren Plätzchen des Waldbodens wuchern, brauchen sie für ihre lichtabhängige Entwicklung besonders empfindliche Lichtsensoren. Dieser heißt in den allermeisten heutigen Farnen Neochrom und besteht seinerseits aus zwei Photorezeptoren, die beide aus höheren Pflanzen wohlbekannt sind – ein Rotlicht-empfindliches Phytochrom fusioniert mit einem Blaulicht-absorbierenden Phototropin.
Vor ewigen Zeiten mussten wohl gewisse Zellen gemerkt haben, dass sich aus den beiden Photorezeptoren ein besonders empfindlicher Super-Lichtsensor bauen ließe, mit dem man auch im Halbdunkel gut gedeihen könne – das jedenfalls war zunächst die Hypothese von US-Forschern um Fay-Wei Li. Also machten diese sich auf, in den Sequenzdatenbanken nach potentiellen unfusionierten Nachkommen genau derjenigen alten Phytochrome und Phototropine zu suchen, aus denen die Farn-Vorfahren ihren hybriden Super-Schwachlichtsensor einst erstmals zusammengebastelt hatten.
Sie fanden genau null Kandidaten. Zufällig startete jedoch gerade die internationale 1.000 Plants-Initiative (1KP) eine neue Datenbank mit einer Fülle bis dahin unveröffentlichter Sequenzen. Li und Co. screenten also auch diese – und fanden wieder kein passendes Phytochrom oder Phototropin, wohl aber ein neues, komplettes Neochrom (PNAS 111: 6672-7).
Außerhalb der Farne kannte man Neochrom bis dahin nur noch von der Grünalge Mougeotia, wo es sich aber komplett unabhängig von der Vorfahrenlinie der Farne entwickelt hatte. Der neue „Treffer“ stammte hingegen aus dem Genom des Hornmooses Anthocerus punctatus – nicht gerade ein naher Farn-Verwandter.
Also noch mal neu überlegen. Bis auf zwei ursprüngliche, lichtliebende Farn-Ordnungen besitzen alle restlichen „Schattenparker“-Farne Neochrom. Naheliegend daher, dass diese überhaupt erst wegen der Neochrom-Installation die schattigeren Lebensräume besiedeln konnten, die durch die Entwicklung von großblättrigen Samen- und Waldpflanzen entstanden. Das Fehlen von Neochrom in den zwei ursprünglichen Ordnungen hieß aber, dass die gemeinsamen Vorfahren des Hornmooses und der Farne als dessen „Ingenieure“ ausschieden. Und so dämmerte Li und Co. endlich eine neue Hypothese: Horizontaler Gentransfer (HGT).
Der Vergleich von Neochrom-Sequenzen aus allen möglichen Farnen mit derjenigen des Hornmooses enthüllte dann auch tatsächlich, dass sich offenbar ein oder mehrere Farn-Vorfahren das Neochrom-Gen vor etwa 179 Millionen Jahren per HGT aus dem Hornmoos ins eigene Genom holten. Doch damit war noch nicht Schluss: Die Daten non Li et al. offenbarten überdies, dass das Neochrom-Gen nachfolgend noch etliche weitere Male via HGT von einem Farn zum anderen weitergelangte. Die rezenten Farne (bis auf die zwei oben erwähnten Ordnungen) besitzen Neochrom also nicht aufgrund eines einzelnen selbstkonstruierten Neochrom-Vorfahren – sondern vielmehr, weil sie es sich aus dem Hornmoos holten und es nachfolgend noch mehrfach horizontal untereinander weitergaben.
Tja, was soll man sagen? Horizontaler Gentransfer bildet wohl auch unter höheren Organismen keineswegs eine ungeliebte Ausnahme, sondern vielmehr einen wichtigen Mechanismus von adaptiver Variation und Evolution. Immerhin fänden wir sonst wohl keine Farnfelder unter dem dichten Blätterdach der Wälder.