Wir mögen denken, dass wir autonome Wesen sind, aber in Wirklichkeit sind wir eher wie wandelnde Ökosysteme, die von Bakterien, Viren und anderen Mikroben wimmeln. Es stellt sich heraus, dass Unterschiede in diesen Mikroben ebenso entscheidend für die Evolution und natürliche Variation sein könnten wie genetische Mutationen.
Diese neuartige Perspektive wurde in einer aktuellen Veröffentlichung von Seth Bordenstein, Direktor des One Health Microbiome Centers der Penn State, der Professor für Biologie und Entomologie ist und den Dorothy Foehr Huck und J. Lloyd Huck Endowed Chair in Microbiome Sciences innehat, diskutiert.
Bordenstein, zusammen mit 21 Kollegen aus der ganzen Welt, die kollektiv als Holobiont Biology Network bekannt sind, schlagen vor, dass das Verständnis der Beziehungen zwischen Mikroben und ihren Wirten zu einem tieferen Verständnis der biologischen Variation führen wird.
Wir haben alle schon einmal den Begriff Evolution gehört, aber was bedeutet er wirklich?
„Die langjährige Definition von Evolution ist der Prozess, durch den sich lebende Wesen im Laufe der Zeit aufgrund allmählicher Mutationen und Anpassungen an ihre Umgebung verändern“, erklärt Bordenstein.
Diese Anpassungen werden häufig durch natürliche Selektion vorangetrieben, einen Prozess, bei dem vorteilhafte Merkmale an die Nachkommen weitergegeben werden.
Wenn wir jedoch das Mikrobiom, die Sammlung aller Mikroben in und auf einem Wirtsorganismus, einbeziehen, wird der Evolutionsprozess viel interessanter und komplexer.
Traditionell haben wir die sichtbaren und unsichtbaren Lebensformen in der Art und Weise, wie wir sie betrachten und studieren, getrennt. Viele Wissenschaftler denken immer noch an Mikroben als Hintergrundgeräusch oder geringfügige Kontaminanten.
Es stellt sich jedoch heraus, dass dieser Ansatz die Mikroben möglicherweise unterschätzt hat.
„Mikroben sind die Basis der Biosphäre“, sagt Bordenstein. „Jedes Wirtsorganismus lebt in Kontakt und in Verbindung mit Mikroben, und diese Mikroben können Variationen in Merkmalen verursachen.“
Diese Erkenntnis hat ein neues Konzept hervorgebracht - die Holobiont-Biologie; ein multidisziplinäres und ganzheitliches Verständnis dafür, wie die Formen und Funktionen des Lebens von den Beziehungen zwischen Mikroorganismen und ihren Wirten abhängen.
Die Holobiont-Biologie betrachtet Organismen und die Mikroben, mit denen sie untrennbar verbunden sind, als ein Ganzes und nicht als separate Entitäten.
Das Gebiet der Biologie kategorisiert lebende Dinge traditionell in Taxa. Aber die Holobiont-Biologie bietet eine herausfordernde und aufregende Gelegenheit, dieses Rahmenwerk neu zu überdenken.
„Wir argumentieren, dass Organismen nicht autonom sind. Sie existieren per Definition immer in Verbindung und Kontakt mit Mikroben“, erklärt Bordenstein.
Diese neuartige Denkweise könnte Türen öffnen, um die Kraft des Mikrobioms zur Verbesserung der Gesundheit, der Resilienz in der ökologischen Nachhaltigkeit und Fortschritte in der Landwirtschaft zu nutzen.
Denken Sie einmal darüber nach: Was wäre, wenn wir Mikroben nutzen könnten, um chronische Krankheiten wie Krebs zu bekämpfen oder die Landwirtschaft widerstandsfähiger gegen den Klimawandel zu machen?
Darwins berühmtes Werk, Die Entstehung der Arten, ist ein Grundpfeiler der modernen Biologie. Es wurde jedoch mit Blick auf Tier- und Pflanzenarten geschrieben und berücksichtigte nicht die Vielzahl unsichtbarer Mikroben, die Teil jedes einzelnen Makroorganismus sind.
Jetzt, da wir so viel mehr über die grundlegende Rolle der Mikroben in der Biosphäre wissen, können wir eine neue Ebene unseres Verständnisses von Evolution hinzufügen.
In den 1920er bis 1940er Jahren erlebte die Biologie eine Revolution, die als Moderne Synthese bekannt ist, bei der Mendels genetische Gesetze mit Darwins Evolutionstheorie verschmolzen wurden. Dies schuf eine umfassende Erklärung dafür, wie sich im Laufe der Zeit neue Variationen von Form und Funktion entwickeln.
Wir stehen möglicherweise am Rande einer weiteren Revolution, einer post-modernen Synthese. Wie Bordenstein anmerkt, berücksichtigen wir jetzt die Rolle der Mikroben in unserem Verständnis von Genetik und Evolution.
Wie integrieren wir dieses neue Verständnis von der Bedeutung der Mikroben in die Biologie und Evolution aller Organismen? Die Autoren des Holobiont Biology Network erklären, dass dies mit einer Neubewertung und Neulehre der Biologie beginnen muss.
„Wir denken an Tiere und Pflanzen als ein Konsortium von Wirts- und Mikrobienzellen, die Anatomie und Physiologie beeinflussen“, erklärt Bordenstein.
Es besteht auch Bedarf an neuen Analysetools, um den Beitrag der Mikroben zu bestimmen und wie sie mit der Genetik interagieren, um Merkmale zu erklären. Sobald wir diese Analysetools zur Verfügung haben, können wir Mikroben und Mikrobiome genauso konzipieren wie Gene, um bessere Ergebnisse für Organismen zu erzielen.
Mikroben sind seit vier Milliarden Jahren hier und übertreffen die Sterne im Universum um ein Vielfaches. Es gibt mehr Bakterien in Ihrem Mund als Menschen auf dem Planeten. Sie haben unsere Welt auf eine Weise geprägt, die wir erst zu verstehen beginnen.
Forschungen zeigen, dass sie auch eine Rolle dabei spielen könnten, zu bestimmen, wer eher an Dickdarmkrebs erkrankt, einen hohen Cholesterinspiegel hat oder einen durchschnittlichen Body-Mass-Index aufweist. Schließlich enthalten wir nicht nur unsere eigenen Gene, sondern auch die der Milliarden von Mikroben, die in und auf uns leben.
„Was wir heute und im Laufe des letzten Jahrzehnts lernen, ist, dass manchmal Mikroben mehr biologische Variationen von Eigenschaften bei Organismen erklären als die Gene“, sagt Bordenstein.
Die Zukunft der Biologie liegt nicht nur in unseren Genen, sondern auch in den Eigenschaften unserer assoziierten Mikroben. Wenn wir voranschreiten, denken Sie daran: Wir sind keine einsamen Entitäten. Wir sind Ökosysteme.