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Solarion arienae
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Solarion arienae ist eine Art (Spezies) eukaryotischer Mikroben (Mikroeukaryoten oder Protisten), die in sauerstoffarmen Sedimenten in flachen Meeresgewässern lebt. Sie ist derzeit (1. Dezember 2025) die einzige Art der Gattung Solarion (monotypisch), die wiederum das einzige Mitglied der Familie Solarionidae ist. Zusammen mit der Gattung Meteora (Spezies Meteora sporadica) bildet sie das Phylum (Stamm) Caelestes. S. arienae wurde 2025 anhand einer in Kroatien gesammelten Probe beschrieben, könnte aber weltweit verbreitet sein. Die Spezies zeichnet sich durch zwei unterschiedliche Phasen ihre Lebenszyklus aus:
- eine kugelförmige, sonnenähnliche Zelle mit (wie Sonnenstrahlen) hervorstehenden Stielen (Extrusomen), von denen die Gattung ihren Namen hat, und
- eine ellipsoide Zelle mit einem einzigen langen Flagellum und „Schwanz“ (englisch tail).
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S. arienae besitzt ein mitochondriales secA-Protein.[1] Mitochondrial kodiertes secA gilt daher als „primitives“ Merkmal, das nur bei sehr wenigen anderen Eukaryoten (wie den Mantamonas-Arten M. sphyraenae und M. plastica, Protisten-Gruppe CRuMs) zu finden ist.[2]
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Entdeckung
Im Jahr 2011 wurde von Marek Valt, Ivan Čepička et al. in einer Tiefe von 30 Metern vor der Küste nahe Sumartin auf der kroatischen Insel Brač eine Probe von Meeressedimenten entnommen. Der Hauptzweck dieser Entnahme bestand damals darin, einen marines anaerobes Wimpertierchen in einer langfristigen Laborkultur zu untersuchen. Als die Wimpertierchen unerwartet starben, identifizierten die Forscher einen ungewöhnlichen, vergleichsweise kleineren Mikroorganismus, der anfänglich für eine Verunreinigung in der Kultur gehalten wurde und wegen seiner winzigen Größe und begrenzten Beweglichkeit mehrere Jahre lang unbemerkt geblieben war. Um den Mikroorganismus besser untersuchen zu können, wurde eine neue Kultur davon angelegt (Stamm SUM-K). Dies führte im November 2025 zur Beschreibung von Solarion arienae (zuvor provisorisch Eukaryota sp. ICepicka-2024a[3]) als neue Gattung und Spezies. Dazu wurde u. a. ein einzelnes Individuum zur besseren Sichtbarkeit mit dem Silberpräparat Protargol[4] angefärbt als Holotypus festgelegt und im Nationalmuseum in Prag, Tschechien, unter der Nummer P6E 5580 registriert.[2][5]
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Namensherkunft
Der Gattungsname Solarion leitet sich vom lateinischen Adjektiv solaris ‚(von) der Sonne‘ ab, kombiniert mit dem Suffix ‚-ion‘.. Dies bezieht sich auf die sonnenähnliche Zellmorphologie, in der die die Spezies am häufigsten vorkommt. Das Art-Epitheton arienae bezieht sich auf die fiktive Figur der Arien in J. R. R. Tolkiens Silmarillion, die das „Gefäß der Sonne“ (vessel of the Sun) trägt.[2]
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Verbreitung
Weil die kroatischen Solarion-Exemplare lange Zeit unbemerkt blieben, ist es gut möglich, dass auch andere Kulturen und an anderen Orten gesammelte Proben diese Protisten enthielten, aber ebenfalls übersehen wurden. Um die Verbreitung von Solarion besser zu beurteilen, benutzten Valt et al. zunächst eine BLAST-Suche (Basic Local Alignment Search Tool, ein Standard-DNA-Abgleich) basierend auf dem 18S-rRNA-Gen der Spezies; erhielten dabei jedoch keine positiven Ergebnisse (Treffer). Anschließend verwendeten sie das 2024 vorgestellte Tool Pebblescout zur Analyse und Indexierung umfangreicher Nukleotid-Inhalte,[6] um in den Datenbanken nach metagenomischen und metatranskriptomischen Übereinstimmungen zu suchen. Dabei wurden schließlich einige wenige und weltweit verstreute Übereinstimmungen.[A. 1] Diese beobachtete Seltenheit bei globaler Verbreitung lässt sich am sehr einfach durch Stichprobenverzerrungen erklären, da benthische Meeressedimente in Umweltstudien deutlich unterrepräsentiert sind. Andere Erklärungen könnten sein, dass die Gattung Solarion lokal reichlich vorhanden, aber global selten – oder umgekehrt weit verbreitet, aber lokal selten ist. Im ersten Fall würde der Mikroorganismus einen sehr spezifischen Lebensraum bevorzugen, wodurch er auf bestimmte Orte beschränkt wäre. Im anderen Fall geht man davon aus, dass Solarion Teil der „seltenen Biosphäre“ ist, d. h. der Gesamtheit der vielen Mikroorganismen angehört, die nur in geringer Häufigkeit vorkommen.[2][8]
Beschreibung
Zusammenfassung
Kontext
S. arienae zeichnet sich durch zwei unterschiedliche Stadien seines Lebenszyklus aus, eine sonnenähnliche Phase und eine Flagellaten-Phase. Beide Formen sind im Vergleich zu anderen Protisten winzig und daher leicht von allen anderen Eukaryoten zu unterscheiden. Die Zelle ist in der Lage, sich von der Flagellaten-Form in die sonnenähnliche Form zu verwandeln. Damit ist die Gattung das einzige bekannte Mitglied der Supergruppe Disparia, das zwischen zwei unterschiedlichen Zellformen wechseln kann. Genomanalysen zeigen, dass S. arienae fast alle Gene besitzt, die für die Meiose (Zellteilung zur Bildung von Gameten) und die Syngamie (Fusion von Gameten, wie z. B. Befruchtung der Eizelle) nötig sind. Zwar wurden diese Vorgänge bisher noch nicht beobachtet (Stand November 2025), dennoch stützt dies die Hypothese, dass Solarion sich sexuell fortpflanzen kann.[2]
Sonnenähnliche Form
Nach Beobachtung ist die sonnenähnliche Zellform das vorherrschende Stadium. Diese Zellen sind in dieser Phase kugelförmig bei einem Durchmesser von 4,2 µm (± 0,45 µm, bei 50 verschiedenen Zellen beobachtet). Die Zellen dieser Phase produzieren viele stielartige Extrusome, die etwa 1,9 µm lang sind und in alle Richtungen herausragen. Jeder Stiel trägt eine einzige Struktur von einer ganz speziellen Art, die Valt et al. Celestiosom benannten. Celestiosomen wurden bis dato (November 2025) nur bei der eng verwandten Gattung Meteora (mit M. sporadica) gefunden. Sie dienen dazu, Beute (in der Regel Bakterien) mit einem zentralen Filament zu durchbohren, sie zu immobilisieren und zur Zelle hinzuziehen.[2]
Die Stiele, die die Celestiosomen bei S. arienae tragen, werden von zwei Mikrotubuli gestützt, die aus einem charakteristischen sog. „Mikrotubuli-Organisationszentrum“ (microtubule-organizing centre, MTOC) hervorgehen. Im Gegensatz zu Solarion mit einem ein einziges Celestiosom pro Stiel tragen die Stiele von M. sporadica mehrere Celestiosomen.[2]
Flagellatenform
Die Flagellatenform ist weniger verbreitet und ist im Durchschnitt etwas größer. Diese Zellen sind ellipsoid, mit einer Länge von 5,4 µm (± 1,38 µm) und einer Breite von 3,3 µm (± 0,46 µm, beobachtet an 41 einzelnen Zellen). Ihnen fehlen die für die sonnenähnliche Form charakteristischen Extrusome. Stattdessen tragen sie ein einziges langes, dünnes Flagellum, das apikal (an der Spitze) ansetzt und posterolateral (nach außen und nach hinten) ragt. Bei den beobachteten Exemplaren war das Flagellum 10,4 µm (± 1,66 µm) lang. Diese Phase hat außerdem einen unbeweglichen „Schwanz“ (englisch tail) am hinteren Ende, der mit 6,6 (± 1,99 µm) kürzer, aber auch etwas dicker ist als das Flagellum. Das Flagellum bewegt sich in einem symmetrischen sinusförmigen Wellenmuster und ist nach hinten gerichtet. Der starre Schwanz folgt lediglich den Bewegungen des Flagellums.[2]
Es wurden auch einige Flagellatenzellen mit doppelten Flagellen oder nach hinten gerichteten Fortsätzen beobachtet, was möglicherweise im Zusammenhang mit der Zellteilung oder der vermutlichen sexuellen Fortpflanzung (Gameten, Meiose, Syngamie).[2]
Genom
Bei der Analyse des vollständigen mitochondrialen Genoms (Mitogenoms) von S. arienae (Stamm SUM-K[3]) überraschte das Vorhandensein eines mitochondrial kodierten SecA-Proteins,[1] ein Protein, das ansonsten im mitochondrialen Genom fast aller Eukaryoten fehlt – mit Ausnahme der Mantamonas-Arten M. sphyraenae und M. plastica (Protisten-Gruppe CRuMs);[2] homologe Strukturen gibt es in anderen Eukaryoten allenfalls im endoplasmatischen Retikulum und in den von Cyanobakterien abstammenden Plasmiden (Chloroplasten etc.). Auch wenn andere Möglichkeiten wie horizontaler Gentransfer (HGT) und long-branch attraction (LBA) grundsätzlich nicht ausgeschlossen werden können, deutet das mitochondriale SecA sowohl in Solarion als auch in Mantamonas, sowie die Beibehaltung des SecY-Proteins[9] nur in einigen Arten der Jakobida (Discoba) darauf hin, dass der Sec-abhängige Sekretionsweg bereits im letzten gemeinsamen Vorfahren der Eukaryoten (LECA) vorhanden war. Eine auf SecA und homologe Strukturen basierende phylogenetische Analyse von Valt et al. ordnete das SecA von S. arienae innerhalb der bakteriellen Klade der Alphaproteobakterien ein. Dies bestätigt die inzwischen weitgehend etablierte Annahme, dass die eukaryotischen Mitochondrien von dieser Bakteriengruppe abstammen.[2]
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Systematik und Phylogenie
Zusammenfassung
Kontext
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a–e: LM-Aufnahmen lebender Zellen:
a: sonnenähnliche Form mit zahlreichen Extrusomen, b: Flagellatenform mit Flagellum und Schwanz,
c–e: sonnenähnliche Zelle Bakterium verzehrend, f: Protargol-gefärbte sonnenähnliche Zelle (Holotyp).
g–r: TEM-Aufnahmen der sonnenähnlichen Form:
g: repräsentative Zelle mit allgemeiner Zellorganisation.
h: vom MTOC ausgehende Mikrotubuli & Querschnitt des Flagellenbasalkörpers,
i: Mit dem Basalkörper verbundene gestreifte Faser,
j: MTOC mit auseinanderliegenden Mikrotubuli, direkt beim Zellkerns, k: Querschnitt eines Extrusom-Stiels,
l: Modell des Extrusoms: Segmentierung (Mikrotubuli in Gelb), m: Querschnitt des Extrusomkörpers,
n,q: Extrusomkörper, an bakterieller Beute in einer Nahrungsvakuole (n), sowie außerhalb der Zelle (q) haftend,
o: mikrotubuläre Stütze des Extrusomstiels in einer Zelle,
p: Längsschnitt des Extrusomkörpers,
r: Mitochondrium ohne Cristae.
ba: bakterielle Beute; c: Zentriol; eb: Extrusomkörper; er: endoplasmatisches Retikulum; ga: Golgi-Apparat; m: Mitochondrien; mc: MTOC; nu: Zellkern (Nukleus); sf: gestreifte Fibrille.
m,q: Chemische Fixierung; h–j,n–r: Kryofixierung.
Um die Verwandtschaftsverhältnisse von Solarion arienae zu anderen Protisten zu klären, stellten Valt at al. in ihrer Beschreibung aus dem Jahr 2025 weitere phylogenomische Analysen an. Einen Datensatz, der 87 eukaryotische Taxa umfasste sollte die bis dato bekannte Vielfalt dieser Organismen repräsentieren, basierend auf 240 proteinkodierenden Genen. Die Ergebnisse lieferten so nach Ansicht der Autoren eine solide Grundlage für die Einordnung von Solarion in die größere Klade (Supergruppe) Diaphoretickes, wobei auch mehrere neue Kladen erkannt werden konnten. Insbesondere wurde Solarion als Schwestertaxon zu Meteora in einem neu definierten Phylum (Stamm) namens Caelestes eingeordnet. Dieser Name, von lateinisch caelum ‚Himmel‘ abgeleitet, verweist auf die Tatsache, dass beide Gattungsnamen auf himmlische Erscheinungen verweisen, Solarion auf die Sonne und Meteora auf Meteore).[2] Weiter wurde Caelestes wurde als Schwestergruppe der ebenfalls in eukaryotischen Stammbaum tief verwurzelten Hemimastigophora[10][11][12] in der neuen Klade Membrifera identifiziert,[2][A. 2] und die Membrifera als Schwestergruppe der 2022 erstbeschriebenen Gruppe Provora,[15][16][17] mit der sie die neue Supergruppe Disparia bilden, die in ihrer evolutionären Tiefe mit den Reichen der Tiere und Pilze konkurriert ud daher auch schon mal informell (etwa in der Pressemitteilung der Karls-Universität (Prag), wortgleich auf phys.org und auf sciencealert) als Reich (englisch kingdom) bezeichnet wird.[2][5]
Phylum Caelestes Valt & Čepička 2025[2]
- Familie Solarionidae Valt & Čepička 2025
- Familie nicht zugewiesen
Kladogramm
Während diese Verwandtschaftsverhältnisse gut belegt sind, variiert die Einordnung der Disparia innerhalb der Diaphoretickes je nachdem, welches Modell oder welcher Datensatz in den Analysen verwendet wird. Unter Verwendung eines ELM+C60+G4-Modells (ELM = Eukaryotic Linked Mixture),[19] das sich hervorragend für die Vorhersage von Stellen eignet, an denen eine schnelle Evolution stattfindet, wurde ein Maximum-Likelihood-Baum erstellt, der im folgenden Kladogramm wiedergegeben ist:[2]
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| Eukaryota |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Obwohl die Supergruppe Disparia im Vergleich zu anderen (bisher?) nicht besonders artenreich ist, sind die enthaltenen Arten besonders vielfältig. Da diese Protisten in einer „abgeleiteten“ (nicht „basalen“) Position wiedergefunden werden, könnte dies darauf hindeuten, dass es noch viele bislang unentdeckte Disparia-Vertreter gibt, da sie in der „seltenen Biosphäre“ und in exotischen, noch nicht umfassend untersuchten Umgebungen verborgen sind.[2]
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Anmerkungen
- siehe Valt et al. (2025) Extended Data Fig. 2, sowie beispielsweise GCA_900214305.1[7]
- die Verwandtschaft der Hemimastigophora mit der Spezies Meteora sporadica war schon im Januar 2024 bekannt geworden.[13][14]
Weblinks
Commons: Solarion arienae – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Einzelnachweise
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