In Göttingen haben Forschende die Verwandtschaftsverhältnisse einer unscheinbaren, aber für die Landpflanzen entscheidenden Algengruppe neu vermessen. Im Mittelpunkt stehen die Schmuckalgen (Zygnematophyceae) – die nächsten lebenden Algenverwandten der Landpflanzen. Sie kommen in vielen Formen vor, darunter zahlreiche einzellige Arten.

Das Forschungsteam der Universität Göttingen wollte wissen, wie sich Mehrzelligkeit in dieser Gruppe entwickelte und welche Algen den Vorfahren der ersten Landpflanzen ähnlich gewesen sein könnten. Dafür erstellte es 43 neue Transkriptome aus Stämmen mit breiter Artenvielfalt. Zusammen mit öffentlich verfügbaren Sequenzen entstand ein Datensatz von 104 Transkriptomen, der mehr als 100 Arten und 2.243 Genorte beziehungsweise rund 2.000 Gene abdeckt.

Mehrzelligkeit war kein gerader Weg

Die phylogenomische Analyse deutet darauf hin, dass mehrzelliges Wachstum bei Schmuckalgen mehrfach parallel und unabhängig entstand. Die verschiedenen mehrzelligen Formen gingen vermutlich jeweils aus einzelligen Algen hervor. Von einer geraden Entwicklungslinie – erst einzellig, dann immer komplexer, schließlich Landpflanze – kann also keine Rede sein.

Stattdessen entwickelten verschiedene Abstammungslinien über Hunderte Millionen Jahre eigene Körperbaupläne und molekulare Lösungen. Mehrzellige Formen traten offenbar wiederholt auf, verschwanden teilweise oder wurden reduziert und bildeten sich in anderer Gestalt erneut aus. Gerade dieses Hin und Her macht die Geschichte so schwer zu lesen.

Zur Gruppe gehören einzellige Desmidiaceen ebenso wie unverzweigte Fadenalgen, etwa Spirogyra. Phylogenomische Studien ordnen die Zygnematophyceae als Schwestergruppe der Landpflanzen ein. Damit sind sie ein wichtiger Schlüssel, wenn es darum geht, den Algenvorfahren der Embryophyten und jene Merkmale zu rekonstruieren, die schon vor der Besiedlung des Landes vorhanden waren.

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Alte Werkzeuge in schlichtem Körper

Mehrere molekulare Komponenten für zentrale Pflanzenfunktionen existierten offenbar bereits, bevor Landpflanzen entstanden. Dazu zählen Systeme für Pflanzenentwicklung, Zellwände, Signalübertragung und Stressreaktionen. Die vergleichsweise einfache Gestalt vieler Schmuckalgen täuscht daher ein wenig: Hinter ihr steckt eine deutlich ältere und vielfältigere molekulare Ausstattung.

Frühere, morphologiebasierte Modelle hatten strukturell komplexere Streptophytenalgen als nächste Verwandte der Landpflanzen favorisiert. Molekulare Phylogenien wiesen jedoch wiederholt auf die Zygnematophyceae als Schwestergruppe hin. Die neue Studie von M. J. Bierenbroodspot und Kollegen erweitert nun die taxonomische Breite und zeigt eine deutlich tiefere genetische Struktur innerhalb der Gruppe.

Zwischen den Spirogyrales und der überwiegend einzelligen Schwestergruppe Desmidiales liegt eine tiefe Trennung. Ein großer Teil der Diversifizierung innerhalb der Spirogyrales erfolgte offenbar erst, nachdem bereits erhebliche genetische Unterschiede entstanden waren. Die Rekonstruktion weist zudem auf alte, rasche Aufspaltungen und große genetische Distanzen zwischen wichtigen Linien hin.

Mehr Arten, weniger blinde Flecken

Bisher konzentrierten sich Genom- und Transkriptomdaten auf wenige Arten – obwohl die Zygnematophyceae artenreich und morphologisch ausgesprochen vielfältig sind. Die untersuchten Daten decken weiterhin nur einen kleinen Teil der mehr als 4.000 beschriebenen Schmuckalgen-Arten ab. Genau darin liegt ein Knackpunkt: Wenn nur eine bekannte Art betrachtet wird, kann ein fehlendes Merkmal leicht für ursprünglich gehalten werden, obwohl es in mehreren tief getrennten Linien vorkommt. Umgekehrt kann eine Eigenschaft einer Modellart eine vergleichsweise junge, linien­spezifische Neuerung sein.

Die erweiterte Phylogenie liefert deshalb einen besseren Rahmen, um das wiederholte Auftreten und Verschwinden mehrzelliger Wachstumsformen bei Streptophyten zu untersuchen. Sie verbessert auch die Rekonstruktion jener Merkmale, die der gemeinsame Vorfahr von Zygnematophyceae und Landpflanzen wahrscheinlich besaß.

Einen endgültigen Stammbaum liefert die Studie nicht. Tiefe, alte Aufspaltungen bleiben schwierig zu rekonstruieren, besonders bei kurzen evolutiven Zwischenästen und großen Sequenzunterschieden. Weitere genomweite Untersuchungen könnten klären, wie sich Genfamilien, Genomstrukturen und regulatorische Innovationen entwickelten. Hochwertige Genome ausgewählter Arten sowie vergleichende Zellbiologie und funktionelle Studien sollen helfen, den Zeitpunkt wichtiger zellulärer, entwicklungsbezogener und regulatorischer Neuerungen einzugrenzen.

Auch Vergleiche mit unabhängig entstandenen mehrzelligen Linien wie Braunalgen sind denkbar. Unterschiedliche Organisationsgrade können gemeinsame Entwicklungsmuster aufweisen, obwohl sie nicht dieselbe Geschichte haben. Die neu sichtbar gewordene Vielfalt der Zygnematophyceae macht solche Vergleiche über eine große evolutionäre Distanz hinweg erst sinnvoll.

Veröffentlicht wurde die Studie von M. J. Bierenbroodspot et al. unter dem Titel „A deep genetic structure phylogenomically frames the closest algal relatives of land plants“ in PLOS Biology. Das Publikationsdatum ist der 3. November 2026, der DOI lautet 10.1371/journal.pbio.3004005. Die Arbeit der Universität Göttingen zeigt damit auch, wie viel Evolutionsgeschichte in der bisherigen begrenzten Artenauswahl schlicht nicht zu sehen war – irgendwo zwischen einer einzelnen Desmidie und einem Faden von Spirogyra liegen noch ziemlich viele offene Fragen.