Cytologie

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Zellaufbau

Endosymbiontentheorie

In diesem Beitrag erfährst du, was die Endosymbiontentheorie ist und auf welche Zellorganellen sie sich bezieht.

Schau dir gerne unser Video%Verweis zum Thema an, wenn du den Inhalt dieses Beitrags noch schneller verstehen willst!

Inhaltsübersicht

Endosymbiontentheorie einfach erklärt

Die Endosymbiontentheorie oder auch Endosymbiontenhypothese oder Endosymbiosetheorie ist eine Theorie zur Bildung von bestimmten Zellorganellen (Mitochondrien und Plastiden). Daraus kann die Entstehung komplexerer eukaryotischer Zellen wie die der Tierzelle und die der Pflanzenzelle erklärt werden.

Die Endosymbiontentheorie besagt, dass eukaryotische Zellen mit Zellorganellen durch eine Endosymbiose mit Bakterien entstanden sind.

Indize für diese Theorie sind unter anderem die Existenz von eigenen Ribosomen und einer eigenen ringförmigen DNA in Mitochondrien und Plastiden. Daneben spricht auch das Vorhandensein einer Doppelmembran für die Endosymbiontentheorie.

Definition

Die Endosymbiontentheorie ist eine Theorie zur Erklärung der Entstehung von eukaryotischen Zellen. Ihr Name leitet sich vom griechischen éndon („innen“) und symbíōsis („Zusammenleben“) ab.

Endosymbiontentheorie Geschichte

Die Endosymbiontentheorie wurde zum ersten Mal von dem deutschen Botaniker Andreas Franz Wilhelm Schimper im Jahre 1883 aufgestellt. Er versuchte, durch sie die Entstehung der Chloroplasten zu erklären.

Wirkliche Bekanntheit erlangte sie aber im Jahr 1967 durch die US-amerikanische Biologin Lynn Margulis.

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Endosymbiontentheorie Schema

Die Endosymbiontentheorie erklärt, wie sich komplexere eukaryotische Zellen wie die Tier- und Pflanzenzelle aus Bakterien bilden konnten. Ein Urbakterium integrierte die prokaryotsichen Vorläuferorganismen der Mitochondrien und Plastiden in sein Inneres. Diese gingen eine Endosymbiose mit dem Urbakterium ein und entwickelten sich zu komplexeren Zellorganellen.

Eine Endosymiose ist eine spezielle Form der Symbiose . Bei ihr wird ein Partner in den Körper des Wirtes aufgenommen. Dieser sogenannte Endosymbiont ist in der Lage, im Körper des Wirtes weiter zu leben und sich durch diesen zu ernähren. Auch der Wirt profitiert von dieser Art der Symbiose, da er unter anderem vom Endosymbionten abgegebene Nährstoffe verwenden kann.

Laut der Endosymbiontentheorie wurden die prokaryotischen Einzeller vor Millionen von Jahren von einer Urzelle aufgenommen. Diese Urzelle könnte eine Archaee gewesen sein. Die aufgenommenen Prokaryoten waren Bakterien wie zum Beispiel die α-Proteobakterien oder die Cyanobakterien.

Die Urzelle „verschluckte“ über eine sogenannte Endocytose den Prokaryoten. Bei der Endocytose verbindet sich ein Stoff (hier der Prokaryot) von außen mit der Zellmembran . Dadurch bilden sich Einstülpungen, die sich danach abschnüren können. Der kleine Prokaryot erhält dadurch eine zweite Membran. Die äußere Membran kommt also von der Urzelle und die innere Membran vom ursprünglichen Prokaryoten.

%<img class="n3VNCb" src="https://www.spektrum.de/lexika/images/biok/fff396_w.jpg" alt="Endosymbiontentheorie - Kompaktlexikon der Biologie" width="356" height="321" data-noaft="1" />Beschriftung: Schema der Endosymbiontentheorie, alt text: Endosymbiontentheorie, Schema, Endosymbiose, Prokaryot, Eukaryot

Im Laufe der Zeit verloren die aufgenommenen Zellen Teile ihrer Gene oder integrierten Gene in das Genom des Zellkerns der Urzelle. Dadurch verloren die einverleibten Bakterien ihre Eigenständigkeit und entwickelten sich zu den Mitochondrien und Plastiden weiter.

Durch Analysen der Genome von Plastiden und Mitochondrien konnte herausgefunden werden, dass sie jeweils aus anderen Bakterienarten entstanden sind.

Mitochondrien

Die Mitochondrien sind Zellorganellen, die für die Energieversorgung der gesamten Zelle zuständig sind. Sie sind durch eine Endosymbiose der Urzelle und des α-Proteobakteriums entstanden.

Diese α-Proteobakterien sind in der Lage verschiedene für die Urzelle wichtige Stoffe (z.B. Wasserstoff) zu produzieren. Durch die Endosymbiose zwischen Urzelle und Proteobakterium konnte die Urzelle dauerhaft mit Wasserstoff versorgt werden.

Mit der Zeit entwickelte sich das Proteobakterium zum Mitochondrium weiter. Dabei stellt das Bakterium nun nicht mehr nur Wasserstoff zur Verfügung, sondern auch den universellen Energieträger namens ATP. Außerdem verlor es einen großen Teil seiner Gene oder gab sie in den Zellkern der Wirtszelle ab.

% Bild mit Proteobakterium zuerst und dann nach einer Zeit Mitochondrium Beschriftung: Entwicklung eines Proteobakteriums zu einem Mitochondrium, alt text: Proteobakterium, Mitochondrium, Endosymbiontentheorie

Plastiden

Als Plastiden kannst du dir die Zellorganellen in einer Pflanzenzelle vorstellen, die nach der Endosymbiontentheorie entstanden sind. Die wohl wichtigsten Vertreter sind die Leukoplasten, die Chloroplasten und die Chromoplasten.

Zur Entstehung der Plastiden nahm die Urzelle ein Cyanobakterium auf. Sie zeichnen sich besonders durch ihre Fähigkeit zur Photosynthese aus.
Wie auch schon das Proteobakterium wird das Cyanobakterium von der Urzelle durch Endocytose aufgenommen. Im Laufe der Evolution gaben die Cyanobakterien ihre Gene ab oder verloren sie und entwickelten sich zu eigenen Organellen.

%Bild von Cyanobakterium zuerst und dann Plastiden, Beschriftung: Entwicklung eines Cyanobakteriums zu Plastiden, alt text: Endosymbiontentheorie, Cyanobakterium, Plastiden

Du kannst bei den Plastiden je nach Art des Lebewesens zwischen vier Plastidentypen unterscheiden.

Die einzelligen Algen namens Glaucophyta enthalten Plastiden, die dem ursprünglichen Cyanobakterium relativ ähnlich sind. Diese Plastiden werden deshalb auch sehr oft als Cyanoplasten bezeichnet.

Die Rotalgen enthalten Plastiden namens Rhodoplasten, die noch den Antennenaufbau der Cyanobakterien besitzen.

Die Plastiden der Grünalgen und aller höheren Pflanzen haben die am stärksten entwickelten Plastiden namens Chloroplasten.

Die Plastiden der einzelligen Euglyphide besitzen die Chromatophoren.

Endosymbiontentheorie Beweise

Die Endosymbiontentheorie ist, wie der Name schon sagt, lediglich eine Theorie zur Entstehung einiger Organellen in eukaryotischen Zellen.
Trotzdem existieren einige Beweise bzw. Belege oder Indizien, die für diese Theorie sprechen könnten:

Untersuchungen der Zellorganellen haben gezeigt, dass Mitochondrien und auch Plastiden in ihrem Inneren eine eigene, ringförmige DNA enthalten.

Neben der ringförmigen DNA ähnelt der Aufbau von Mitochondrien und Plastiden weiterhin stark dem Aufbau der Prokaryoten. Sie enthalten keinen Zellkern und besitzen eigene Ribosomen .

Außerdem teilen sich diese Organellen autonom/selbstständig vor der eigentlichen Zellteilung.

Im Zellkern der Eukaryoten konnten ebenfalls Teile der DNA von den aufgenommenen Bakterien gefunden werden.

Weiterhin ist das Vorhandensein einer Doppelmembran in Mitochondrien und Plastiden ein wichtiges Indiz für die Endosymbiontentheorie.

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