Die Theorie der Vorläuferzelle LUCA

Theorie_LUCA 1 Apl. Prof. Dr. Dr. K. Saalbach Geostrategy and Geopolitics Department 1 49069 Osnabrueck Die Theorie der Vorläuferzelle LUCA 02.02.2026 Zusammenfassung Dieses Arbeitspapier bietet eine kurze Einführung zum letzten gemeinsamen Vorfahren aller Lebewesen (Last Universal Common Ancestor LUCA) und die potenziellen Auswirkungen auf die Biosicherheit. LUCA ist der hypothetische Vorfahre aller modernen Zellen, d.h. der Archaeen, Prokaryoten und Eukaryoten (die gemeinsamen Vorfahren von Bakterien, Tieren, Pilzen und Pflanzen). Die Eigenschaften und der Existenzzeitraum von LUCA sind relevant für die Vergangenheit, also den Ursprung des Lebens, aber auch für die Zukunft, d.h. der Frage, ob die Erzeugung vollständig synthetischen Lebens möglich sein könnte – ein potentielles Problem der Biosicherheit. Derzeit können alle modifizierten und synthetischen Organismen, einschließlich synthetischer Viren, nur in bereits lebenden Umgebungen erzeugt werden (nur Leben kann anderes Leben erzeugen), d.h. es besteht eine klare Grenze zwischen toter und lebende Materie. In diesem Jahrzehnt hat die LUCAForschung durch die Nutzung schnell wachsender Genomdatenbanken und verbesserter Analysemethoden (computergestützte molekulare Uhr der Genentwicklung in Kombination mit Erkenntnissen aus Mikrofossilien) erhebliche Fortschritte erzielt. Die allgemein anerkannte Theorie besagt, dass das Leben mit Wechselwirkungen zwischen Ribonukleinsäure (RNA) und Aminosäuren begann, die Komplexe für die Replikation in einer Membran bildeten – einer physikalischen Grenze zwischen Zelle und Umwelt. Dies wird auch als „RNA-Welt“ bezeichnet. Später wurde Desoxyribonukleinsäure (DNA) integriert. Frühe Eukaryoten integrierten Alphaproteobakterien in eine permanente Symbiose (heute als Mitochondrien in Tieren und Chloroplasten in Pflanzen), was den Stoffwechsel steigerte und die Entwicklung vielzelliger Organismen ermöglichte. Eine Berechnung der Mutationsraten im Dezember 2025 ergab jedoch, dass der letzte gemeinsame Vorfahre (LUCA) schon kurz nach der Entstehung von Erde und Mond existiert haben könnte, die durch die Kollision zweier Protoplaneten vor 4,5 Milliarden Jahren verursacht wurde. Einige Forscher fanden Hinweise darauf, dass LUCA bereits ein recht komplexer Organismus mit einem frühen Immunsystem gegen Viren war. Da LUCA jedoch die letzte und nicht die erste Zelle ist, muss für das Auftreten des ersten gemeinsamen Vorfahren aller Lebewesen, dem first universal common ancestor FUCA, zusätzliche Zeit hinzugerechnet werden. Berücksichtigt man diese Zeit, bleibt (abhängig von der Berechnung der Mutationsrate) seit der Entstehung von Erde und Mond nur noch sehr wenig bis gar keine Zeit mehr übrig. Experimente auf der Internationalen Raumstation ISS zeigten im Jahr 2025, dass Archaeen, Pilze und Bakterien die Langzeitexposition im Weltraum überlebt haben. Sogar der von der Oberfläche der ISS gesammelte Weltraumstaub enthielt biologische Objekte. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die nicht-enzymatische Synthese von Peptiden im Weltraum möglich ist. Eine Studie aus dem Jahr 2025 fand Bakterien in den Reinräumen der NASA für die Raumfahrzeugmontage trotz extremer Bedingungen; eine andere Studie zeigte, dass sich Bakterien und ihre Viren durch Koevolution an die Mikrogravitation anpassen können. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass Biomoleküle, z.B. von Asteroiden, die frühen Phasen des Lebens auf der jungen Erde, die noch nicht von einer dichten Atmosphäre geschützt war, ermöglicht und beschleunigt haben könnten. Experimente zur Erzeugung synthetischer Zellen wurden mit Mycoplasma mycoides durchgeführt, die zu Zellen mit minimalem Genom entwickelt wurden – Zellen mit dem kleinstmöglichen Genom, das autonomes Leben und Replikation ermöglicht. Diese Experimente zeigten, dass die Replikation unterhalb einer bestimmten Komplexität nahezu vollständig zum Erliegen kam; es konnten also keine Hinweise auf eine hypothetische, vereinfachte Zellreplikation in einer RNA-Welt gefunden werden. Die rasanten Fortschritte der Künstlichen Intelligenz (KI) in der Genomanalyse und der Entwicklung natürlicher und künstlicher Proteine sowie die Fähigkeit, sehr große Genomdatensätze zu analysieren, könnten jedoch einen plötzlichen Durchbruch in der LUCA-Debatte bewirken – sowohl für das Verständnis des Ursprungs des Lebens als auch für die vollständige Synthese lebender Zellen, die durch Infektion, Kontamination oder Missbrauch erhebliche Biosicherheitsrisiken bergen könnte. Theorie_LUCA 2 Inhalt 1 The LUCA Theorie ................................................................................................................................. 3 1.1 Einleitung ....................................................................................................................................... 3 1.2 Das LUCA-Konzept ......................................................................................................................... 3 1.2.1 Die frühe Erde ......................................................................................................................... 3 1.2.2 FUCA und LUCA ...................................................................................................................... 4 1.2.3 Jüngste Erkenntnisse .............................................................................................................. 5 1.3 Zellen mit minimalem Genom ....................................................................................................... 6 1.4 Erkenntnisse der Weltraumforschung .......................................................................................... 6 1.5 Potenzielle Auswirkungen künstlicher Intelligenz ......................................................................... 7 2 Zusammenfassung ................................................................................................................................ 8 3 Literaturquellen .................................................................................................................................... 9 Theorie_LUCA 3 1 The LUCA Theorie 1.1 Einleitung Dieses Arbeitspapier bietet eine kurze Einführung zum letzten gemeinsamen Vorfahren aller Lebewesen (Last Universal Common Ancestor LUCA) und die potenziellen Auswirkungen auf die Biosicherheit. LUCA ist der hypothetische Vorfahre aller modernen Zellen, d.h. der Archaeen, Prokaryoten und Eukaryoten (die gemeinsamen Vorfahren von Bakterien, Tieren, Pilzen und Pflanzen). Die Eigenschaften und der Existenzzeitraum von LUCA sind relevant für die Vergangenheit, also den Ursprung des Lebens, aber auch für die Zukunft, d.h. der Frage, ob die Erzeugung vollständig synthetischen Lebens möglich sein könnte – ein potentielles Problem der Biosicherheit. Derzeit können alle modifizierten und synthetischen Organismen, einschließlich synthetischer Viren, nur in bereits lebenden Umgebungen erzeugt werden (nur Leben kann anderes Leben erzeugen), d.h. es gibt eine klare Grenze zwischen totem und lebendem Material. In diesem Jahrzehnt erzielte die LUCA-Forschung durch die Nutzung schnell wachsender Genomdatenbanken und verbesserter Analysemethoden erhebliche Fortschritte. Während eine Studie von Delaye et al. aus dem Jahr 2005 auf 20 Genomen basierte 1 , konnte eine Analyse von Tobiasson et al. aus dem Jahr 2026 die prok2311-Datenbank des National Center for Biotechnology Information (NCBI) GenBank mit 75 Millionen prokaryotischen Proteinsequenzen aus 47.545 vollständigen prokaryotischen Genomen sowie EukProt v.3 mit 30 Millionen eukaryotischen Sequenzen aus 993 Arten nutzen 2 . Ursprünglich basierte die Suche nach potenziellen LUCA-Genen und die Altersberechnung auf der Suche nach gemeinsamen Genen der Hauptlinien des Lebens – Archaeen, Prokaryoten und Eukaryoten. In der Studie von Moody et al. 2024 berechneten Forscher die Wahrscheinlichkeit, dass ein bestimmtes Gen vorhanden ist, indem sie das Auftreten von Genen und Arten (Genstammbäume mit Artenstammbäumen) verglichen und den Einfluss häufiger Mutationen berücksichtigten, um eine Wahrscheinlichkeit für jedes Gen zu erhalten, Teil von LUCA zu sein 3 . Dies führte zu 399 Genfamilien, die ungefähr 2451 bis 2855 Proteine kodierten 4 . Des Weiteren wurde das Alter mithilfe einer molekularen Uhr geschätzt, bei der die Mutationsrate geschätzt und anschließend die Anzahl der Mutationen gezählt wird, um die verstrichene Zeit zu bestimmen 5 . Zusätzlich wurde die Uhr jedoch mit Mikrofossilien als den frühesten potenziellen Spuren biologischen Lebens auf der Erde abgeglichen, um die Berechnung mit geologischen Beweisen in Einklang zu bringen 6 . 1.2 Das LUCA-Konzept 1.2.1 Die frühe Erde Das Sonnensystem entstand durch die Bildung kleiner Protoplaneten aus Staub unter dem Einfluss der Schwerkraft. Vor etwa 4.510 ± 10 Millionen Jahren kollidierten zwei Protoplaneten: die Proto-Erde Tellus mit einem marsähnlichen Objekt namens Theia 7 . Diese These wird durch geologische Funde auf Erde und Mond gestützt, die durch diese Kollision entstanden sind. Geologische Mineralfunde deuten darauf hin, dass die Erde etwa 100 bis 200 1 vgl. Delaye et al. 2024 2 vgl. Tobiasson et al. 2026 3 vgl. Lambert 2024 4 vgl. Goldman/Becerra 2024 5 vgl. Starr 2024 6 vgl. Moody et al. 2024, Neukamm 2024 7 vgl. Moody et al. 2024 Theorie_LUCA 4 Millionen Jahre 8 später zu einer kontinentalen Kruste mit Ozeanen abkühlte was bedeutet, dass Leben zu dieser Zeit theoretisch möglich gewesen wäre 9 . Das Hadaikum, das erste Zeitalter, dauerte bis vor 4 Milliarden Jahren, gefolgt vom Archaikum. Es wurde argumentiert, dass Leben das Hadaikum aufgrund des hypothetischen späten schweren Bombardements (Late Heavy Bombardment LHB) vor etwa 3,7 bis 3,9 Milliarden Jahren durch Asteroiden und Himmelskörper aus der Tellus-Theia-Kollision nicht überleben konnte 10 . Der genaue Zeitpunkt des LHB ist jedoch unbekannt. 1.2.2 FUCA und LUCA Die allgemein anerkannte Theorie besagt, dass das Leben mit Wechselwirkungen zwischen Ribonukleinsäure (RNA) und Aminosäuren begann, die Komplexe für die Replikation in einer Membran bildeten – einer physikalischen Grenze zwischen Zelle und Umwelt. Dies wird auch als „RNA-Welt“ bezeichnet. In den 1980er Jahren wurden die katalytischen Eigenschaften von RNA entdeckt, was zur Hypothese einer RNA-Welt führte 11 . In dieser Welt begannen RNA-basierte Enzyme (Ribozyme) Aminosäuren zu binden, was zur Bildung von RNA-Protein-Komplexen und der Fähigkeit zur Replikation führte. Bis heute synthetisieren alle Zellen Proteine mithilfe von Ribosomen (RNA-Protein-Komplexen), was darauf hindeuten könnte, dass der erste gemeinsame Vorfahre aller Lebewesen (first universal common ancestor FUCA) mit einer Art Ribosom mit einem frühen Peptidyltransferasezentrum (Peptidyl Transferase Center PTC) begann, das Aminosäuren zu Peptiden und Proteinketten verbindet 12 . Obwohl dies wahrscheinlich, aber hypothetisch ist, gibt es zunehmend Hinweise darauf, dass zumindest der letzte gemeinsame Vorfahre aller Lebewesen (LUCA) bereits Ribosomen besaß 13 . Einige Punkte müssen berücksichtigt werden: Möglicherweise gab es nicht nur eine FUCA-Zelle; LUCA könnte auch durch horizontalen Gentransfer zwischen frühen Lebensformen entstanden sein 14 . Es ist außerdem unwahrscheinlich, dass FUCA und LUCA isoliert existierten. LUCA war vermutlich Teil eines größeren Ökosystems, ist aber die einzige Zelle, deren Nachkommen bis heute überlebt haben, während andere Lebensformen ausstarben. Wann und wie Viren entstanden sind, ist unbekannt. Die plausibelste Hypothese besagt, dass Viren als Abspaltungen sehr früher Lebensformen entstanden und seitdem in einer fortwährenden Koevolution mit ihren Wirtszellen existieren. Es wurde spekuliert, dass Retroviren dann DNA in frühe Zellen eingeschleust haben könnten, wodurch die RNA-Welt in eine DNA-Welt umgewandelt wurde. DNA besitzt den evolutionären Vorteil einer höheren Stabilität gegenüber RNA. Die Ergebnisse von Moody et al. (2024), dass LUCA bereits über ein CRISPR/Cas (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/CRISPR-assoziiertes Protein)-System zur Erkennung und Entfernung viraler Sequenzen zu verfügen schien, stützen die Theorie, dass Viren vor LUCA entstanden sind. Das LUCA-Genom verdeutlicht die Bedeutung von Ribosomen, d.h. Nukleinsäure (RNA)- Protein-Komplexen, die den Stoffwechsel antreiben und die Verbindung zwischen Genen und 8 vgl. Goldman/Becerra 2024, Lambert 2024 9 vgl. Goldman/Becerra 2024 10 vgl. Moody et al. 2024 11 vgl. Prosdocimi et al. 2019 12 vgl. Prosdocimi et al. 2019 13 vgl. Moody et al. 2024 14 vgl. McClellan 2013, Delaye et al. 2024 Theorie_LUCA 5 Proteinsynthese herstellen. Gleichzeitig wurde gezeigt, dass auch heute noch phosphorreiche Seen existieren, die ideale Bedingungen für die Entstehung solcher Zellen bieten würden 15 . 1976 analysierte der Forscher Woese ribosomale Untereinheiten und entdeckte die Archaeen als eigenständige Gruppe 16 . Nach jahrzehntelanger Diskussion mehren sich inzwischen die Hinweise aus Genomdatenbankanalysen darauf, dass sich aus dem letzten gemeinsamen Vorfahren (LUCA) frühe Bakterien und Archaeen entwickelten und dass Eukaryoten aus der Asgard-Untergruppe der Archaeen hervorgingen 17 . Diese Untergruppe integrierte Alphaproteobakterien in eine permanente Symbiose (heute als Mitochondrien in Tieren, Chloroplasten in Pflanzen), 18 wodurch der Stoffwechsel gesteigert und die Entwicklung vielzelliger Organismen ermöglicht wurde 19 . Abbildung 1 bietet eine vereinfachte Zusammenfassung der aktuellen Theorien. 1.2.3 Jüngste Erkenntnisse Eine Berechnung der Mutationsraten im Dezember 2025 ergab jedoch, dass LUCA kurz nach der Entstehung von Erde und Mond existiert haben könnte, die durch die Kollision zweier Protoplaneten vor 4,5 Milliarden Jahren verursacht wurde. Moody et al. (2024) schätzten das Alter von LUCA auf etwa 4,2 Milliarden Jahre (Ga), mit einem 95%-Konfidenzintervall von 4,09 bis 4,33 Ga. 20 Darüber hinaus fanden sie Hinweise darauf, dass LUCA bereits ein recht komplexer Organismus mit einem frühen Immunsystem gegen Viren war. Die geschätzte Größe des LUCA-Genoms mit 399 Genfamilien, die etwa 2451 bis 2855 Proteine kodieren, deutet auf einen Organismus mit einer ähnlichen Komplexität wie Bakterien hin. In einer neuen Analyse vom Dezember 2025 errechneten Kay et al. einen noch früheren Zeitpunkt für LUCA (4,50 Ga, mit einem Konfidenzintervall von 4,43 bis 4,52 Ga), was unmittelbar nach der Proto-Planeten-Kollision liegen würde 21 . 15 vgl. University of Washington 2019 16 vgl. Prosdocimi et al. 2019 17 vgl. Tobiasson et al. 2026 18 vgl. Kay et al. 2025 19 vgl. Tobiasson et al. 2026 gehen davon aus, dass dieser Prozess durch zahlreiche, aber sporadische horizontale Genübertragungen von anderen Bakterien sowohl vor als auch nach der Endosymbiose unterstützt wurde.. 20 vgl. Moody et al. 2024, Lambert 2024 In den LUCA-Publikationen ist es üblich, Giga (Ga) anstelle von Milliarden zu verwenden. 21 vgl. Kay et al. 2025, Figure 1 Theorie_LUCA 6 Da LUCA jedoch die letzte und nicht die erste Zelle ist, muss zusätzliche Zeit für das Auftreten des ersten gemeinsamen Vorfahren aller Zellern, dem first universal common ancestor FUCA, hinzugerechnet werden. Nach dieser Hinzurechnung bleibt jedoch (abhängig von der Berechnung der Mutationsrate) nur noch sehr wenig bis gar keine Zeit seit der Entstehung von Erde und Mond übrig. 1.3 Zellen mit minimalem Genom Experimente zur Erzeugung synthetischer Zellen wurden mit Mycoplasma mycoides durchgeführt, die zu Zellen mit minimalem Genom entwickelt wurden – mit dem kleinstmöglichen Genom, das autonomes Leben und Replikation ermöglicht. Diese Experimente zeigten jedoch, dass die Replikation unterhalb einer bestimmten Komplexität nahezu vollständig zum Erliegen kam. Es konnten also keine Hinweise auf eine hypothetische, vereinfachte Zellreplikation in einer RNA-Welt gefunden werden. Seit 2010 arbeiteten Craig Venter und sein Team an der Entwicklung einer Zelle mit minimalem Genom (die erste hieß JCVI-syn1.0 oder „Synthia“ und umfasste 901 Gene) 22 . Mykoplasmen waren der kleinste bekannte autonome Zelltyp und wurden daher seit 1984 als Modellorganismus verwendet. 2016 wurde eine neue Zelle, JCVI-syn3.0, erzeugt, indem das Genom von Mycoplasma capricolum durch das Genom von Mycoplasma mycoides 23 ersetzt und nicht essentielle Desoxyribonukleinsäure (DNA) entfernt wurde. Sie besaß nur 473 Gene, aber die Funktion von 149 Genen war noch unbekannt 24 . Nachdem festgestellt wurde, dass ein geringfügig größeres Genom zu verbessertem Zellwachstum führt, wurde 2019 eine modifizierte Minimalzelle entwickelt, die es ermöglichte, die Anzahl der Gene mit unbekannter Funktion auf 30 zu reduzieren 25 . Im Jahr 2021 wurde mittels reverser Genetik ermittelt, dass sieben Gene für die normale Zellteilung der Minimalzelle notwendig sind. Die Hinzufügung dieser sieben Gene zur neuen JCVI-Syn3A führte zu einer normalen Morphologie, während JCVI-Syn3.0 pleomorph war und eine niedrige Replikationsrate aufwies 26 . Eine Studie aus dem Jahr 2024 zeigte, dass Mycoplasma mycoides und die daraus abgeleitete Minimalzelle (JCVI-Syn3A) mit einer sehr einfachen Membran existieren können, die aus einem Zweikomponenten-Lipidom besteht 27 . Diese Ergebnisse deuten nicht darauf hin, dass die RNA-Welt-Hypothese falsch ist, sondern vielmehr darauf, dass die Replikation mit DNA eine gewisse Komplexität erfordert und kein Weg zu einer vereinfachten Replikation in der hypothetischen RNA-Welt gefunden werden konnte. Trotz der Forschung an künstlichen und synthetischen Zellen konnten alle modifizierten und synthetischen Organismen, einschließlich synthetischer Viren, nur in bereits lebenden Umgebungen erzeugt werden (nur Leben kann anderes Leben hervorbringen), d.h. es besteht eine klare Grenze zwischen toter und lebender Materie. 1.4 Erkenntnisse der Weltraumforschung Im Jahr 2025 zeigten Experimente auf der Internationalen Raumstation ISS, dass Archaeen, Pilze und Bakterien die Langzeitexposition im offenen Weltraum überlebten. Das Experiment „Test“ zeigte, dass nach zweijähriger Exposition im offenen Weltraum sporenbildende 22 vgl. Wang/Zhang 2019 23 Weitere Untersuchungen wirden mit Mycoplasma pulmonis, Mycoplasma pnemoniae und Mycoplasma genitalium durchgeführt, siehe Glass et al. 2017 24 vgl. Danchin/Fang 2016 25 vgl. Lachance et al. 2019 26 vgl. Pelletier et al. 2021 27 vgl. Justice et al. 2024 Theorie_LUCA 7 Bakterien der Art Bacillus subtilis, Pilze der Art Aureobasidium pullulans und Archaeen der Art Methanosarcina mazei S-6T, die auf Watte gebettet wurden, in reduzierter Anzahl überlebten 28 . Die Dehydratation und partielle Lyophilisierung im Weltraumvakuum könnten zum Überleben beigetragen haben 29 . Selbst der von der Oberfläche der ISS gesammelte Weltraumstaub enthielt biologische Objekte 30 . „Test“ war die erste Langzeitexposition im Weltraum, bei der alle Organismen vollständig exponiert wurden, während andere Experimente („ExposureE“, „Exposure-R“, „Biorisk“, „Tanpopo“) nur Teilaspekte der Weltraumexposition untersuchten 31 . Auch innerhalb der ISS wurden Untersuchungen durchgeführt. Es wurde das Bakterium E. bugandensis gefunden, das sich von terrestrischen Varianten unterscheidet und durch Veränderung des Antibiotika-Zielmoleküls, AntibiotikaEfflux, verringerte Permeabilität für Antibiotika und Antibiotika-Inaktivierung hochresistent gegen Antibiotika ist 32 . Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die nicht-enzymatische Synthese von Peptiden im Weltraum möglich ist 33 . Eine Studie aus dem Jahr 2025 fand Bakterien in ultrasterilen Reinräumen der NASA, in denen Raumfahrzeuge montiert werden, trotz extremer Bedingungen 34 ; eine weitere Studie zeigte, dass sich Bakterien und ihre Viren durch KoEvolution an die Mikrogravitation anpassen können 35 . Diese Erkenntnisse deuten darauf hin, dass Biomoleküle, beispielsweise von Asteroiden, die frühen Phasen des Lebens auf der jungen Erde, die noch nicht von einer dichten Atmosphäre geschützt war, ermöglicht und beschleunigt haben könnten. 1.5 Potenzielle Auswirkungen künstlicher Intelligenz Die rasanten Fortschritte der künstlichen Intelligenz (KI) in der Genomanalyse und der Entwicklung natürlicher und künstlicher Proteine sowie die Fähigkeit, sehr große Genomdatensätze zu analysieren, könnten einen plötzlichen Durchbruch in der LUCADebatte bewirken – sowohl für das Verständnis des Ursprungs des Lebens als auch für die vollständige Synthese lebender Zellen. Dies könnte erhebliche Sicherheitsrisiken bergen, da diese Zellen Infektionen auslösen oder Ökosysteme kontaminieren könnten. Auch das Missbrauchsrisiko ist beträchtlich. Bereits vorhandene KI-gestützte biologische Tools wurden inzwischen aktualisiert, wie der fortschrittliche Proteinstrukturanalysator AlphaFold-3 und das ChatGPT-ähnliche KI-System Evo2. AlphaFold-3 kann die Struktur von Komplexen aus Proteinen, Nukleinsäuren, kleinen Molekülen, Ionen und modifizierten Molekülresten vorhersagen 36 . Technologien wie AlphaFold könnten für die Entwicklung von Krankheitserregern umfunktioniert werden 37 . Evo2 wurde mit 9,3 Billionen DNA-Basenpaaren trainiert und arbeitet mit 40 Milliarden Parametern, um die funktionellen Auswirkungen genetischer Variationen von nichtkodierenden pathogenen Mutationen bis hin zu klinisch bedeutsamen Genvarianten vorherzusagen. Darüber hinaus generiert Evo2 mitochondriale, prokaryotische und 28 vgl. Deshevaya et al. 2024 29 vgl. Deshevaya et al. 2024 30 vgl. Deshevaya et al. 2024 31 vgl. Deshevaya et al. 2024 32 vgl. Caldwell 2024, Sengupta et al. 2024 33 vgl. Baum 2026, Hopkinson et al. 2026 34 vgl. Amazouz 2025, Schultz et al. 2025 35 vgl. Huss et al. 2026 36 vgl. Abramson et al. 2024 37 vgl. Haley/Burrell 2025 Theorie_LUCA 8 eukaryotische Sequenzen im Genommaßstab 38 . Evo2 ist ein Schritt in Richtung der Entwicklung völlig neuer Genome 39 . 2 Zusammenfassung Dieses Arbeitspapier gab eine kurze Einführung zum letzten gemeinsamen Vorfahren aller Lebewesen (Last Universal Common Ancestor LUCA) und die potenziellen Auswirkungen auf die Biosicherheit. LUCA ist der hypothetische Vorfahre aller modernen Zellen, d.h. der Archaeen, Prokaryoten und Eukaryoten (die gemeinsamen Vorfahren von Bakterien, Tieren, Pilzen und Pflanzen). In diesem Jahrzehnt hat die LUCA-Forschung durch die Nutzung schnell wachsender Genomdatenbanken und verbesserter Analysemethoden erhebliche Fortschritte erzielt. Die allgemein anerkannte Theorie besagt, dass das Leben mit Wechselwirkungen zwischen Ribonukleinsäure (RNA) und Aminosäuren begann, die Komplexe für die Replikation in einer Membran bildeten – einer physikalischen Grenze zwischen Zelle und Umwelt. Dies wird auch als „RNA-Welt“ bezeichnet. Später wurde Desoxyribonukleinsäure (DNA) integriert. Frühe Eukaryoten integrierten Alphaproteobakterien in eine permanente Symbiose (heute als Mitochondrien in Tieren und Chloroplasten in Pflanzen), was den Stoffwechsel steigerte und die Entwicklung vielzelliger Organismen ermöglichte. Eine Berechnung der Mutationsraten im Dezember 2025 ergab jedoch, dass der letzte gemeinsame Vorfahre (LUCA) schon kurz nach der Entstehung von Erde und Mond existiert haben könnte, die durch die Kollision zweier Protoplaneten vor 4,5 Milliarden Jahren verursacht wurde. Einige Forscher fanden Hinweise darauf, dass LUCA bereits ein recht komplexer Organismus mit einem frühen Immunsystem gegen Viren war. Da LUCA jedoch die letzte und nicht die erste Zelle ist, muss für das Auftreten des ersten gemeinsamen Vorfahren aller Lebewesen, dem first universal common ancestor FUCA, zusätzliche Zeit hinzugerechnet werden. Berücksichtigt man diese Zeit, bleibt (abhängig von der Berechnung der Mutationsrate) seit der Entstehung von Erde und Mond nur noch sehr wenig bis gar keine Zeit mehr übrig. Experimente auf der Internationalen Raumstation ISS zeigten im Jahr 2025, dass Archaeen, Pilze und Bakterien die Langzeitexposition im Weltraum überlebt haben. Sogar der von der Oberfläche der ISS gesammelte Weltraumstaub enthielt biologische Objekte. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass die nicht-enzymatische Synthese von Peptiden im Weltraum möglich ist. Eine Studie aus dem Jahr 2025 fand Bakterien in den Reinräumen der NASA für die Raumfahrzeugmontage trotz extremer Bedingungen; eine andere Studie zeigte, dass sich Bakterien und ihre Viren durch Koevolution an die Mikrogravitation anpassen können. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass Biomoleküle, z.B. von Asteroiden, die frühen Phasen des Lebens auf der jungen Erde, die noch nicht von einer dichten Atmosphäre geschützt war, ermöglicht und beschleunigt haben könnten. Experimente zur Erzeugung synthetischer Zellen wurden mit Mycoplasma mycoides durchgeführt, die zu Zellen mit minimalem Genom entwickelt wurden – Zellen mit dem kleinstmöglichen Genom, das autonomes Leben und Replikation ermöglicht. Diese Experimente zeigten, dass die Replikation unterhalb einer bestimmten Komplexität nahezu vollständig zum Erliegen kam; es konnten also keine Hinweise auf eine hypothetische, vereinfachte Zellreplikation in einer RNA-Welt gefunden werden. Die rasanten Fortschritte der Künstlichen Intelligenz (KI) in der Genomanalyse und der Entwicklung natürlicher und künstlicher Proteine sowie die Fähigkeit, sehr große Genomdatensätze zu analysieren, könnten jedoch einen plötzlichen Durchbruch in der LUCA-Debatte bewirken – sowohl für 38 vgl. Brixi et al. 2025 39 vgl. Callaway 2025 Theorie_LUCA 9 das Verständnis des Ursprungs des Lebens als auch für die vollständige Synthese lebender Zellen, die durch Infektion, Kontamination oder Missbrauch erhebliche Biosicherheitsrisiken bergen könnte. 3 Literaturquellen Abramson, J. et al. (2024): Accurate structure prediction of biomolecular interactions with AlphaFold 3. Nature, Vol 630, 13 June 2024, p.493 Amazouz, L. (2025): 26 Resilient Microbes Found In NASA Cleanrooms Spark New Fears Of Mars Contamination. Daily Galaxy December 30, 2025 Baum, S. (2026): Complex building blocks of life form spontaneously in space, research reveals. phys org Brixi, G. et al. (2025): Genome modeling and design across all domains of life with Evo 2. Arc Institute Paper 2025 Caldwell, S. (2024): Multi-Drug Resistant Bacteria Found on ISS Mutating to Become Functionally Distinct – NASA April 16, 2024 Callaway, E. (2025): Biggest-ever AI biology model writes DNA on demand. Nature 19 Feb 2025 Danchin A., Fang, G. (2016): Unknown unknowns: essential genes in quest for function. Microb Biotechnol. 2016 Sep;9(5):530-40. doi: 10.1111/1751-7915.12384. Epub 2016 Jul 20. Delaye, L. et al. (2024): The Unfinished Reconstructed Nature of the Last Universal Common Ancestor. Journal of Molecular Evolution (2024) 92:584–592 https://doi.org/10.1007/s00239024-10187-8 Deshevaya, E.A. et al. (2024): Survival of microorganisms during two-year exposure in outer space near the ISS. Nature - Scientific Reports (2024) 14:334 Glass, J.I. et al. (2017): Minimal Cells—Real and Imagined. Cold Spring Harb Perspect Biol 2017;9:a023861e Goldman, A.D., Becerra, A. (2024): A New View of the Last Universal Common Ancestor Journal of Molecular Evolution (2024) 92:659–661 https://doi.org/10.1007/s00239-02410193-w Haley, P., Burrell, D.N. (2025): Artificial Intelligence Driven Criminal and National Security Threats in Biosecurity, Biotechnology, and Bio-Cybersecurity RAIS Journal for Social Sciences, Vol. 9, No. 1, 2025 Hopkinson A.T. et al. (2026): An interstellar energetic and non-aqueous pathway to peptide formation, Nature Astronomy (2026). DOI: 10.1038/s41550-025-02765-7 Huss P. et al. (2026): Microgravity reshapes bacteriophage–host coevolution aboard the International Space Station. PLoS Biol 24(1): e3003568. Justice, I. et al. (2024): A tuneable minimal cell membrane reveals that two lipid species suffice for life. Nature Communications 08 November 2024 https://doi.org/10.1038/s41467024-53975-y Kay, C.J. et al. (2025): Dated gene duplications elucidate the evolutionary assembly of eukaryotes. Nature 03 December 2025 https://doi.org/10.1038/s41586-025-09808-z Lachance J.C. et al. (2019): Minimal cells, maximal knowledge. Elife. 2019 Mar 12;8. pii: e45379. doi: 10.7554/eLife.45379