Heading

Endosymbiotische Theorie Definition

Nomen
(Evolutionsbiologie) Eine Theorie, die besagt, dass die Organellen wie Mitochondrien und Chloroplasten innerhalb der eukaryotischen Zelle durch die frühe Endosymbiose zwischen prokaryotischen Endosymbionten und eukaryotischer Wirtszelle entstanden sind. Synonym: Symbiogenese.

Die Endosymbiontentheorie ist eine der Evolutionstheorien, die auch heute noch vorherrschend sind. Sie geht davon aus, dass zwischen den frühen Lebensformen eine Endosymbiose stattgefunden hat. Diese Form der Symbiose beinhaltet eine größere Zelle, die als Wirt dient, und eine kleinere Zelle, die als Endosymbiont bezeichnet wird. In der Endosymbiontentheorie wird postuliert, dass die größere Zelle die kleinere Zelle verschlingt oder aufnimmt. Die größere Zelle stellt die heutige eukaryotische Zelle dar, während die kleinere Zelle die prokaryotische Zelle ist.
Eine eukaryotische Zelle unterscheidet sich von einer prokaryotischen Zelle durch das Vorhandensein von membrangebundenen zellulären Strukturen, die Organellen genannt werden. Und nach dieser Theorie sind die Organellen Mitochondrien und Chloroplasten vermutlich die frühen prokaryotischen Endosymbionten, die aufgenommen wurden. Sie hielten sich so lange in der Wirtszelle auf, dass sie sich in diese halbautonomen Organellen verwandelten, die wir heute kennen.

Endosymbiose

Die Endosymbiose ist eine der vielen Formen von symbiotischen Beziehungen (Symbiosen), die zwischen oder unter Organismen auftreten. Bei der Endosymbiose lebt der Endosymbiont im Körper seines Wirts. Endosymbiosen kommen auch heute noch natürlich vor. Ein Beispiel ist die biologische Interaktion zwischen Rhizobium und den Pflanzenleguminosen. Rhizobium ist ein Endosymbiont, der in den Wurzeln von Leguminosen vorkommt und atmosphärischen Stickstoff in eine Form fixiert, die von der Leguminose verwertet werden kann. Die Leguminose wiederum stellt Rhizobium Stoffwechselprodukte wie Malat und Succinat aus der Photosynthese zur Verfügung. In der Evolutionsbiologie wurde die Endosymbiose zur Prämisse der Endosymbiontentheorie, die zuerst von dem Botaniker Konstantin Mereschkowski (4. August 1855 – 9. Januar 1921) aufgestellt und dann von Lynn Margulis 1938-2011 wissenschaftlich untermauert wurde.
Nach der Endosymbiontentheorie wurde die Endosymbiose zum Mittel, durch das Organellen wie Mitochondrien und Chloroplasten innerhalb eukaryontischer Zellen entstanden.1 Befürworter dieser Theorie postulierten, dass vor etwa 1,5 Milliarden Jahren eine größere Zelle kleinere freilebende Prokaryoten (Bakterien) aufnahm und die Prokaryoten innerhalb der Zelle als Endosymbionten lebten.
Forschungsergebnisse, die diese Theorie zu stützen scheinen, implizieren, dass die Mitochondrien aus Proteobakterien (wie z. B. der SAR11-Klade)2 entstanden sind, während die Chloroplasten aus Cyanobakterien (insbesondere den stickstofffixierenden Cyanobakterien)3 entstanden sind.
Das Indiz, dass diese Theorie plausibel ist, basiert auf den gleichen Merkmalen, die diese Organellen und ihre prokaryotischen Vorfahren gemeinsam haben. Einige der gemeinsamen Merkmale sind folgende:

• Beide Mitochondrien und Plastiden sind in der Lage, sich durch einen Prozess, der der prokaryotischen Binärspaltung ähnelt, selbst zu reproduzieren.
• Beide Mitochondrien und Plastiden haben eine einzelne zirkuläre DNA, die in Größe und Struktur der von Bakterien ähnelt, sich aber von der des Zellkerns unterscheidet.
• Die Porine in den äußeren Membranen der Mitochondrien und Chloroplasten ähneln denen der bakteriellen Zellmembran. Cardiolipin, ein Membranlipid, findet sich nur in der bakteriellen Zellmembran und der inneren Mitochondrienmembran.

Andere evolutionäre Gedanken

Miller-Urey-Experiment

Das Alter der Erde wird auf etwa 4,54 Milliarden Jahre geschätzt und das Leben existierte und begann vor etwa 3,5 Milliarden Jahren oder früher. Die moderne Theorie der Abiogenese besagt, dass das Leben auf der Erde begann, als die frühesten Lebewesen unbelebte Materialien aufnahmen. Sie nutzten diese organischen Verbindungen, um Biomoleküle und andere Bausteine des Lebens herzustellen. Biochemische Prozesse, wie z. B. Selbstreplikation, Selbstorganisation, Autokatalyse und die Bildung von Zellmembranen, führten wahrscheinlich zur Entstehung von Lebewesen. Man nahm an, dass diese Prozesse allmählich abliefen und aus mehreren Ereignissen bestanden.

Im Miller-Urey-Experiment deuteten die Ergebnisse darauf hin, dass die simulierte Urerde die chemischen Synthesen der Grundstrukturen der Zellmembran begünstigte. Durch Mischen der Gase Methan, Ammoniak, Wasserstoff und Wasser und anschließendes elektrisches Anzünden kam es zur Bildung von Aminosäuren.

Präbiotische Suppe

Vor rund vier Milliarden Jahren war die Erde lebensfeindlich. Aufgrund der rauen Bedingungen konnten keine Lebensformen existieren. Irgendwann bildeten sich einfache organische Verbindungen. Das hypothetische Modell der frühen Erde mit Bedingungen, die zur Synthese von einfachen organischen Verbindungen führten, wird als präbiotische (primodriale) Suppe bezeichnet. Alexander Oparin (1894-1980) und John Burdon Sanderson Haldane (1892-1964) waren diejenigen, die diese Idee aufstellten und unabhängig voneinander Theorien formulierten, die zusammen die heterotrophe Ursprungstheorie des Lebens bildeten. Beide theoretisierten, dass die frühe Erdatmosphäre eine chemisch reduzierende Atmosphäre war. Sie half bei der Produktion solcher organischer Verbindungen. Als diese Verbindungen produziert wurden, sammelten sie sich an und bildeten eine sogenannte präbiotische Suppe. Mit der Zeit verwandelten sich diese einfachen organischen Verbindungen in komplexere organische Polymere. Langfristig entstand so das Leben. Die ersten Lebewesen nahmen organische Moleküle auf und nutzten sie, um in der präbiotischen Suppe zu gedeihen und zu überleben. Man ging davon aus, dass die ersten Lebensformen heterotroph waren. Neuere Erkenntnisse deuten jedoch darauf hin, dass autotrophe Lebewesen die ersten Organismen waren.

RNA-World-Hypothese

Die vier wichtigsten Biomoleküle, die für das Leben wesentlich sind, sind Nukleinsäuren (z.RNA, DNA), Kohlenhydrate (verschiedene Zucker), Lipide (Fette) und Aminosäuren (Bausteine der Proteine). Es wird vermutet, dass das primitive Leben auf RNA basierte, da RNA sowohl ein genetisches Material als auch ein Katalysator sein könnte. Der Übergang von primitiven Lebensformen zu einzelligen Lebewesen erfolgte schrittweise über viele Millionen Jahre.

Siehe auch

• Symbiose
• Endosymbiose
• Abiogenese
• Prokaryote
• Eukaryote
• Mitochondrium
• Chloroplast
• Organelle

Referenz

1. Endosymbiose. (n.d.). Collins English Dictionary – Complete & Unabridged 10th Edition. Retrieved from Dictionary.com website http://dictionary.reference.com/browse/endosymbiosis.
2. „Mitochondria Share an Ancestor With SAR11, a Globally Significant Marine Microbe“. (2011). Retrieved from ScienceDaily Link.
3. Deusch, O.; et al. (2008). „Gene cyanobakteriellen Ursprungs in pflanzlichen Kerngenomen deuten auf einen Heterocysten-bildenden Plastiden-Vorfahren hin“. Mol. Biol. Evol 25: 748-761