Das größte „Joint Venture“ aller Zeiten


„Was sind die Bestandteile einer Zelle?“ klingt wie der Anfang aus einem langweiligen Biologiebuch oder einer Grundvorlesung in der Zellbiologie. Je nachdem ob es sich um Tier-, Pflanzen-, Pilz- oder Bakterienzelle handelt, fallen die Antworten ein wenig unterschiedlich aus. Es könnte ein Zellkern oder Plasmidring sein, auf jeden Fall eine Zytomembran und Zytoplasma, vielleicht eine Zellwand aus Cellulose, Chitin, Lipiden oder anderen Substanzen, und dann gibt es noch den Golgi-Apparat, das Zytoskelett, die Ribosomen, das endoplasmatische Reticulum, Vakuolen und so weiter. Diese Liste ließe sich noch beliebig um weitere Bestandteile ergänzen. Wenn es dann um den Aufbau und Funktion einzelner Bestandteile, die auch als Organelle bezeichnet werden, gefragt wird, dann ist man erst einmal ratlos. Danach fallen einem spontan doch noch das „Kraftwerk der Zelle“, das Mitochondrium oder „der Ort der Photosynthese“, der Chloroplast ein. Beide besitzen eigene Membransysteme, eine eigene, normalerweise circuläre DNA, zytoplasma-ähnliches Stroma oder eine Matrix, Cristae bei den Mitochondrien und Thylakoide oder Grana beim Chloroplasten. Auch hier ließe sich die Liste weiterführen, auf eine nähere Erläuterung der Organell-Funktionen möchte ich hier gerne nicht weiter eingehen. Um es abzurunden: Da die Zelle das ureigenste Bauelement des Lebens und damit aller weiterevolvierten mehrzelligen Organismen darstellt, ist dieses Wissen die Grundlage zum Verständnis der Biologie. Das wäre es dann auch schon…

Oder doch nicht? Was ist, wenn ich euch über das größte „Joint Venture“ aller Zeiten erzählen würde? Die Zelle ist nicht nur das Grundelement jeden Lebens (von Viren einmal abgesehen), sondern ist mit hoher Wahrscheinlichkeit und besonders im Falle mehrzelliger Organismen eine uralte Bande von ursprünglich mehreren Lebewesen, die in einer Endosymbiose, einem Zusammenleben innerhalb der Zelle, miteinander die Zeiten durchstanden haben. Die demnach benannte Endosymbiotentheorie geht davon aus, dass vor etwa zwei Milliarden Jahre ein hungriger, amöboider Präeukaryot (zelluläre Lebewesen mit einem vorläufigen oder echten Zellkern) einen Prokaryoten (zelluläre, zellkernlose Lebewesen), im Falle des Mitochondriums einen Vorgänger eines α-Proteobakterkiums und im Falle des Chloroplasten den Vorgänger eines Cyanobakteriums, phagozytiert („verschluckt“) hat. Glücklicherweise wurden diese aber nicht verdaut, sondern als innere Symbionten akzeptiert. Inzwischen ist die Symbiose so gefestigt, dass beide Partner ohne den jeweiligen anderen nicht mehr existieren können. Photoautotrophe, aerobe Organismen verdanken ihre Eigenschaft meistens ihren Chloroplasten, ohne die Mitchondrien würden unseren Zellen energetisch gesehen schnell die Puste ausgehen. Tatsächlich gibt es eine Vielzahl von Besonderheiten, die dazu führten, dass es schon vor Jahrzehnten, um genau zu sein 1967, von Lynn Margulis dazu erste Veröffentlichungen gab, welche die Theorie bekannt und anerkannt werden ließen. So konnten sich die Vorfahren der Chloroplasten und Mitochondrien unabhängig von der Wirtszelle teilen und besaßen ihre eigene circuläre DNA. Das können sie auch heute noch, im Laufe der Evolution zur heutigen Zelle wurde allerdings ein Großteil dieser DNA in den Kern der Wirtszellen transferiert, viele ihrer Gene sind also kerncodiert. Weitere Indizien wären, dass nicht nur die DNA-Sequenzen der usprünglichen Prokaryoten mit denen der Chloroplasten bzw. Mitochondrien übereinstimmen, sondern auch ein Großteil ihrer biochemischer Prozesse. Abschließend ist zu erwähnen, dass auch die doppelte Membran der Chloroplasten und Mitochondrien die Endosymbiontentheorie unterstützt. Es gibt natürlich noch einige weitere, vor allem auch komplexere Merkmale wie den Aufbau der Ribosomen. Allerdings möchte ich diese aufgrund der Veständlichkeit ich nicht weiter beleuchten.

Eukaryoten, die sowohl Chloroplasten, als auch Mitochondrien beherbergen, haben ursprünglich vermutlich beide Organellen in einer Serie von Phagozytosen aufgenommen. Zusammengefasst wird dieses Phänomenen als serielle Endosymbiose aufgefasst. Aber das ist noch nicht alles! Denn interessanterweise hat man bei einigen Kiesel- oder Braunalgen Plastiden, also strukturellen und funktionellen Verwandten der Chloroplasten, gefunden, die noch mehr „eigene“ Membranen besitzen können. Die demnach vermutete sekundäre oder tertiäre Endosymbiose legt nahe, dass ein Eukaryot, der bereits einen Endosymbionten in sich trug, nochmals von einem anderen Eukaryot verschluckt wurde und sein ursprünglicher Zellkern über einen gewissen Zeitraum gänzlich aufgelöst und seine DNA bzw. sein Genom teilweise in den anderen Zellkern transferiert wurde.

Die Frage, ob die Endosymbiose, das wohl größte „Joint Venture“ aller Zeiten, statt gefunden hat, steht heutzutage nicht mehr zu Diskussion. Vielmehr stellen sich die Fragen nach dem „wie“, „wann genau“ und natürlich dem „wie oft“. Selbstverständlich darf ich nicht vorenthalten, dass es an der Theorie einige Kritik gibt. Da ich aber nicht viel von Kreationisten halte, möchte euch die wackelige Argumentation und die eigenartige Logik dahinter ala „Die Existenz von Fossilien muss ernsthaft in Frage gestellt werden, da unbekannt ist, wie sie entstanden sind.“ ersparen.

Falls ihr euch noch mehr für diese Theorie interessieren sollten, dann schaut einfach mal in die PDF der AG Evolutionsbiologie des VdBiol (siehe unten). Die gängige Endosymbiontentheorie ist dort sehr gut erklärt und zusammengefasst.

 

Referenzen

Margulis, L. & Sagan, D. (1997) Leben: Vom Ursprung zur Vielfalt. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, Berlin 1997, ISBN 3-8274-0524-6 (Übersetzung der englischsprachigen Originalausgabe von 1995).

Margulis, L. (1999) Die andere Evolution. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, Berlin 1999, ISBN 3-8274-0294-8 (Übersetzung der englischsprachigen Originalausgabe von 1998)

 McFadden, G. I. (2001). Primary and secondary endosymbiosis and the origin of plastids. Journal of Phycology, 37(6), 951-959.

Purves, Biologie. Sadava, D., Orians, G., Heller, H.C., Hillis, D., Berenbaum, M.R. Markl, Jürgen (Hrsg.)Übersetzt von Held, A., Jarosch, B., Wink, C., Niehaus-Osterloh, M., Seidler, L.9. Aufl. 2012, LVIII, 1860 S. 1280 Abb. in Farbe.

Online-Referenzen

Faktenwissen- Die Endosymbiontentheorie. Allgemeine Grundlagen, Fakten, Kritik. Neukamm, M. & Beyer, A. © AG Evolutionsbiologie des VdBiol. (14.01.2011); URL: http://ag-evolutionsbiologie.net/pdf/2011/Endosymbiontentheorie.pdf [Stand: 12.02.2015]

Beitragsbild:

Original: Blausen.com staff. „Blausen gallery 2014„. Wikiversity Journal of Medicine. DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 20018762. Own work, CC BY 3.0

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