Bestimmte Darmbakterien begleiten uns schon seit Millionen von Jahren

Langjährige Beziehung: Der Mensch und die Mikroben in seinem Darm blicken auf eine erstaunlich lange gemeinsame Geschichte zurück. Einige Bakterien in unserer Darmflora stammen zu einem großen Teil von Lebewesen ab, die schon vor Millionen Jahren in unseren Vorfahren lebten, wie eine Studie nun zeigt. Die winzigen Untermieter entwickelten sich demnach parallel mit ihren Wirten. Sie spalteten sich immer dann in neue Stämme auf, wenn auch im Stammbaum der Hominiden eine neue Linie begann, berichten Forscher im Fachmagazin „Science“.

Die Bakterienlandschaft im Darm ist bei jedem Menschen verschieden. Im Laufe unseres Lebens bestimmen unter anderem unsere Ernährung und unsere Umwelt, welche Mikroben sich dort ansiedeln. Doch auch Vererbungsmechanismen spielen eine Rolle dabei: So stammen etwa die ersten Bakterien, die den Darm eines Neugeborenen besiedeln, aus dem Geburtskanal der Mutter – und unsere Gene entscheiden mit darüber, welche Mikroben sich bei uns besonders wohlfühlen.

Doch woher kommen diese Untermieter ursprünglich und seit wann leben sie in unserem Körper? Diese Frage haben sich nun Wissenschaftler um Andrew Moeller von der University of Texas in Austin gestellt und Erstaunliches herausgefunden: Offensichtlich bevölkert uns ein Großteil der Spezies in unserem Darm seit geraumer Zeit – und besiedelte uns schon, als wir noch keine modernen Menschen waren.

Familienstammbaum für Bakterien

Um herauszufinden, wie weit die gemeinsame Geschichte zwischen Menschen und ihren Darmbewohnern zurückreicht, untersuchten die Forscher Bakterien aus Kotproben von 16 US-Bürgern und ihren engsten Verwandten: 47 Schimpansen aus Tanzania, 24 Gorillas aus Kamerun und 24 Bonobos aus dem Kongo.

Dabei analysierten sie sich besonders schnell verändernde Sequenzen im Genom der Mikroben – und katalogisierten verschiedene vorkommende Genvarianten für die drei Bakterienfamilien Bacertoidaceae, Bifidobacteriaceae und Lachnospiracea, die gemeinsam mehr als 20 Prozent der menschlichen Darmflora ausmachen. Auf diese Weise erstellten die Wissenschaftler für jede Gruppe eine Art Familienstammbaum, der die Evolution der Bakterien zeigt.

Parallele Evolution…

Familienstammbaum unserer Untermieter: Wie sich unterschiedliche Bifidobakterienstämme in Mensch (blau), Gorilla (grün), Schimpanse (gelb) und Bonobo (rot)entwickelten. © University of California Berkeley

Die Ergebnisse kamen Moeller und seinen Kollegen seltsam vertraut vor. Denn das Entwicklungsmuster der Bacertoidaceae und Bifidobacteriaceae sah dem Stammbaum der Hominidae überraschend ähnlich. So wie sich der Mensch und die afrikanischen Menschenaffen ausgehend von einem gemeinsamen Vorfahren in einzelne Arten aufgespaltet haben, scheinen sich auch die Mikroben auf diese Weise mitverändert zu haben.

Sie entwickelten sich demnach parallel zur Evolution ihrer Wirte. So konnten die Forscher zeigen, dass die Bakterien sich in etwa zur gleichen Zeit in unterschiedliche Stämme aufspalteten wie die hominiden Arten. „Die Bakterien von Mensch und Gorilla spalteten sich vor 15,6 Millionen Jahren auf – zu der Zeit, als sich auch die Gorilla-Linie von den anderen Hominiden im Stammbaum trennte“, sagt Moeller. Die andere Aufspaltung passierte den Datierungen zufolge vor 5,3 Millionen Jahren. Damals trennte sich die menschliche Linie im Stammbaum von jener, aus der später Schimpansen und Bonobos hervorgingen.

…mit Ausnahmen

Hatten sich die Mikroben einmal weiter differenziert und an einen Wirt angepasst, wurden sie zudem kaum noch auf andere Wirte übertragen. Für die Forscher ist das ein Beleg dafür, dass die Artbildung bei den Bakterien abhängig von der Entwicklung ihrer Wirte stattfand – ein perfektes Beispiel für Koevolution.

„Man muss sich das wie bei einer Kontinentalverschiebung vorstellen“, sagt Moeller. „Wenn sich Kontinente trennen, beginnen sich Ökosysteme auf diesen Erdteilen zu verändern und entwickeln sich womöglich in ganz unterschiedliche Richtungen. Ähnlich ist es bei den Wirtstieren: Wenn diese sich aufspalten, spaltet sich auch ein Großteil der Darmflora auf und diversifiziert sich.“

Doch die Ergebnisse offenbaren auch: Nicht bei allen Bakterienfamilien lief die Entwicklung so synchron ab. Lachnospiracea-Arten blieben ihren Wirten nicht ganz so treu wie die beiden anderen Mikrobenfamilien. Mindestens viermal wechselten Spezies dieser Gruppe plötzlich den Wirt. Vermutlich, so glauben die Forscher, liegt das an einer besonderen Eigenschaft der Bakterien. Sie verfügen über Sporen und können lange Zeit auch außerhalb eines Wirttiers überleben – und so leichter von einer Art auf eine andere übergehen.

Wie weit reicht die Koevolution zurück?

„Unsere Forschung zeigt, dass sich unsere Darmflora aus unterschiedlichen mikrobiellem Abstammungslinien zusammensetzt“, sagt Moeller. „Manche davon haben sich parallel mit uns entwickelt, andere sind immer wieder zwischen verschiedenen Wirten hin und her gewandert.“ Sicher sei jedoch: Die Bakterien, die heute den Darm moderner Menschen besiedeln, stammen zu einem großen Teil von Lebewesen ab, die schon vor Millionen von Jahren in unseren Vorfahren lebten.

„Es ist erstaunlich, dass die Bakterien, die wir aus ganz unterschiedlichen Quellen in unserer Umwelt erlangen können, sich seit so langer Zeit in unserem Inneren parallel mit uns entwickeln“, sagt das Team. Womöglich, so ihre Theorie, könnte diese gemeinsame Evolution sogar noch viel weiter in die Geschichte zurückreichen als jetzt bekannt ist: „Vielleicht können wir Darmmikroben zu einem gemeinsamen Vorfahren zurückverfolgen, den alle Säugetiere, alle Reptilien, alle Amphibien oder vielleicht sogar alle Wirbeltiere gemein haben. Wenn das stimmt, wäre das erstaunlich“, schließen die Forscher. (Science, 2016; doi: 10.1126/science.aaf3951)

(AAAS/ University of Texas Austin/ University of California Berkeley, 25.07.2016 – DAL)