Helmichs Biologie-Lexikon

Endosymbiontentheorie

Nach der Endosymbiontentheorie nimmt man an, dass sich die Eukaryoten aus den Prokaryoten entwickelt haben.

Möglicher Ablauf der Endosymbiose

Das am meisten vertretene Szenario ist die Phagocytose-Hypothese. Große Bakterien "fressen" kleine Bakterien, dieser Vorgang wird als Phagocytose bezeichnet. Phagocytose kommt übrigens auch bei Eukaryoten vor, man denke nur an Amöben oder an die Makrophagen des menschlichen Immunsystems.

Im Laufe der Evolution hatten einige Bakterien die Fähigkeit entwickelt, sich gegen ein solches "Auffressen" zu schützen, sie waren immun gegen die Verdauungsenzmye der räuberischen Bakterien. Auch heute kann man ähnliche Vorgänge bei ein- und mehrzelligen Organismen beobachten. Einige Einzeller und auch einige Vielzeller nehmen Grünalgen auf, die sie dann nicht verdauen. Im Gegenteil: die Grünalgen bleiben quicklebendig im Zellplasma des "Wirtes" und betreiben weiterhin Photosynthese. Davon profitiert dann der Wirt. Umgekehrt ist die Grünalge im Innern des Wirtes wesentlich besser geschütz als außerhalb. Wenn beide Partner von einer solchen Lebensgemeinschaft profitieren, bezeichnet man das als allgemein als Symbiose. Lebt der kleinere Partner im Innern des größeren, spricht man von einer Endosymbiose.

Korallen beispielsweise sind Tiere, in deren Zellen Grünalgen symbiotisch leben. Selbst die wesentlich höher entwickelten Blattläuse leben in Endosymbiose mit Algen oder Bakterien. Bekannt sind auch die stickstofffixierenden Bakterien in den Wurzelknöllchen einiger Pflanzen.

So etwas ähnliches muss vor Milliarden Jahren passiert sein, als die Eukaryoten entstanden. Ein großer Prokaryot hat kleinere Bakterien aufgenommen, konnte diese aber nicht verdauen. Sie lebten im Innern des Wirtes weiter und versorgten ihn mit Energie in Form von ATP oder anderen energiereichen Verbindungen.

Aus Bakterien, die organische Nährstoffe abbauen und in ATP umwandeln konnten, wurden dann im Laufe der Zeit die Mitochondrien, und aus Blaualgen (Cyanobakterien), die ATP durch Photosynthese herstellen konnten, wurden im Laufe der Zeit die Chloroplasten.

Belege für die Endosymbiontentheorie

Für diese Endosymbiontentheorie sprechen viele Tatsachen.

Mitochondrien und Chloroplasten besitzen die Größe von Bakterien

Dieser Befund muss eigentlich nicht näher erläutert werden, er spricht für sich, ist aber für sich alleine noch kein Beweis für die Richtigkeit der Endosymbiontentheorie.

Mitochondrien und Chloroplasten besitzen eine eigene DNA

Diese DNA ist fast genau so aufgebaut wie die DNA von Prokaryoten, besteht also aus einem einzigen dünnen Faden aus Desoxyribonucleinsäure, der zu einem Kreis geschlossen ist. Histone oder andere Proteine kommen nicht vor.

Heute kann man ja leicht DNA-Stammbäume aufstellen, an denen man den Verwandtschaftsgrad selbst weit entfernter Lebewesen schnell ablesen kann. Und bei solchen Analysen hat sich tatsächlich gezeigt, dass die Chloroplasten-DNA der DNA von Cyanobakterien (Blaualgen) stark ähnelt. Die Mitochondrien-DNA andererseits ist eng verwandt mit der DNA bestimmter Bakterien (alpha-Proteobakterien).

Mitochondrien und Chloroplasten vermehren sich durch Zweiteilung

Auch dies haben sie mit den Prokaryoten gemeinsam. Selbst der Mechanismus der Zweiteilung ähnelt dem der Prokaryoten, besonders dem der Bakterien.

Mitochondrien und Chloroplasten besitzen eine doppelte Zellmembran

Die äußere Zellmembran der Mitochondrien ähnelt in ihrer chemischen Zusammensetzung der Membran der anderen Zellorganellen eines Eukaryoten. Das heißt, die äußere Membran wird von der Wirtszelle gebildet. Die innere Membran dagegen hat eine ähnliche chemische Zusammensetzung wie die Membran von Bakterienzellen.

Beispielsweise enthält diese Membran kein Cholesterin, dagegen kommt Cardiolipin vor, ein Phospholipid mit vier (!) Fettsäureresten. Cardiolipin kommt ausschließlich in Bakterien und Mitochondrien vor.

Diese Tatsachen sind sehr gewichtige Argumente für die Endosymbiontentheorie. Wie soll man sonst erklären, dass Mitochondrien und Chloroplasten innere Membranen haben, die nahezu genau so aufgebaut sind wie die Membranen von Bakterien?

Bei den Chloroplasten bestimmter Algen ist die Sache noch komplizierter. Es gibt nämlich Chloroplasten, die von drei Membranen umgeben sind. Man vermutet hier, dass ein großer Eukaryot einen kleineren Eukaryoten phagocytiert hat, der seinerseits eine prokaryotische Blaualge als Endosymbionten besaß. So stammt die äußere Membran von dem großen Eukaryoten, die mittlere Membran von dem kleinen Eukaryoten und die innere Membran von der Blaualge.

Mitochondrien und Chloroplasten besitzen 70S-Ribosomen

Im Zellplasma von Eukaryotenzellen kommen die etwas schwereren 80S-Ribosomen vor. Aber im Plasma von Mitochondrien und Chloroplasten finden wir 70S-Ribosomen, die genau so aufgebaut sind wie die Ribosomen von Bakterienzellen.

Alternativen zur Endosymbiontentheorie

Eine Google-Suche zu Alternativen zur Endosymbiontentheorie ergab zunächst einmal eine Enttäuschung:

Nach einer etwas gründlicheren Suche blieb dann als einigermaßen ernsthafte wissenschaftliche Alternative die sogenannte Hydrogen-Hyopthese, die auf einer Webseite der Uni Hannover näher erklärt wird.

Kreationistische Einwände gegen die Endosymbiontentheorie

In dem Artikel "Die Endosymbiontentheorie - Allgemeine Grundlagen, Fakten, Kritik" wird auf gängige kreationistische Einwände gegen die Endosymbiontentheorie eingegangen. Sehr schön werden hier die typischen Denkfehler der Kreationisten aufgedeckt, zum Beispiel die Verwechslung von Grundfrage und Mechanismenfrage. Nur weil noch kein plausibler Mechanismus für ein Phänomen gefunden wurde, heißt das noch lange nicht, dass das Phänomen nicht stattgefunden hat.

"Das wäre so, als würde jemand aus der Fachliteratur verschiedene Arbeiten zur Bestimmung des Kugelradius der Erde referieren und die methodischen Probleme herausarbeiten um daraus den Schluss zu ziehen, die Erde sei in Wahrheit eine Scheibe, während der Rest der Fachwelt zu ignorant sei, dies zu erkennen."

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