Wie sind die Bakterien entstanden?

Bakterien im modernen taxonomischen Sinne sind eine der drei Domänen. Sie müssen sich von den anderen beiden abgespalten haben, nachdem der größte Teil der Entwicklung der Biochemie und Zellbiologie stattgefunden hatte. Bis zur Zeit des Last Universal Ancestor (LUA) war die Welt monophyletisch mit wenig stabiler Vielfalt. Das heißt, dass die älteren Formen im Zuge des Fortschritts eliminiert wurden und die Vielfalt nur vorübergehend war. Zwei Arten von Ereignissen könnten im Prinzip die Entstehung einer stabilen Vielfalt ermöglichen. Die eine Art tritt auf, wenn zwei nahezu gleichzeitige, unterschiedliche Fortschritte stattfinden, die beide das gleiche Problem überwinden. Die bisherige Art würde zwar verdrängt, aber wenn die neuen Arten nicht miteinander konkurrieren, könnten neue Nischen und Lebensräume zu einer stabilen Vielfalt führen. Bei der zweiten Art handelt es sich um eine Saltation oder ein makroevolutionäres Ereignis, bei dem sich die Biota stark ausdehnt und die bisherigen Beschränkungen verringert werden, was zu einer drastischen Verringerung des Wettbewerbs führt; dies führt im Allgemeinen zu einer „Artenradiation“ und zur Entwicklung eines Spektrums biologischer Arten, von denen einige bestehen bleiben und nicht miteinander konkurrieren. Es wird vorgeschlagen, dass die beiden Aufspaltungen, die zu den drei Bereichen Bakterien, Archaeen und Eukarya geführt haben, auf jeweils einen dieser beiden Prozesse zurückzuführen sind, die zur Vielfalt führen. Einer davon war die Folge der Anhäufung von Stoffen aus der Umwelt, wodurch sich der interne osmotische Druck der Zellen erhöhte. Dies führte zu zwei nahezu gleichzeitigen biologischen Lösungen: Die eine (Bakterien) war die Entwicklung des äußeren Sacculus, d. h. die Bildung eines belastbaren Exoskeletts. Die andere (Eukarya) war die Entwicklung von Zytoskeletten und Mechanoenzymen, d. h. die Bildung eines Endoskeletts. Das andere Ereignis, das zur Diversität führte, war die Erfindung einer wirksamen Methode zur Erschließung einer neuen Energiequelle, die es ermöglichte, die Biomasse in großem Umfang zu vermehren, was zu einer Ausbreitung vieler verschiedener Arten von Organismen führte. Ich vermute, dass dieser bahnbrechende Fortschritt die Entwicklung der Methanogenese war. Dies führte zu einer kurzzeitigen Expansion und Ausstrahlung, bevor die sauerstoffproduzierende Photosynthese eine noch stärkere Expansion ermöglichte und die Zahl der Methanogenen verringerte. Einige Details dieser Prozesse werden näher erläutert. Insbesondere wird der evolutionäre Prozess, der die Entwicklung eines Sacculus ermöglichte, im Lichte der bakteriellen Physiologie der heutigen Organismen interpretiert. Es wird argumentiert, dass viele große Fortschritte durch die Entwicklung einer Reihe von völlig unterschiedlichen Prozessen für andere Zwecke entstehen, die dann jeweils modifiziert werden können, um für einen weiteren Zweck kombiniert zu werden.