drei Domänen des Lebens Mindmap

Das Thema verstehen

Die drei-Domänen-Systematik teilt das gesamte Leben in Bakterien, Archaeen und Eukaryoten ein. Sie geht auf molekulare Vergleiche der ribosomalen RNA zurück und löste ältere Fünfreiche-Systeme ab. Die Mindmap ordnet Zelltyp, Zellkern, Membranlipide, Genexpression und typische Vertreter den drei Domänen zu und zeigt, warum Archaeen weder Bakterien noch Eukaryoten sind.

Warum drei Domänen?
Bis in die 1970er Jahre ordnete man das Leben in Reiche ein, etwa Tiere, Pflanzen, Pilze, Protisten und Bakterien. Carl Woese verglich jedoch die Sequenzen der ribosomalen RNA, die in allen Zellen vorkommt und sich nur langsam verändert. Dabei zeigte sich, dass die sogenannten Bakterien zwei völlig getrennte Gruppen enthalten: echte Bakterien und Archaeen. Archaeen sind den Eukaryoten in vielen Genen sogar näher als den Bakterien. Auf dieser Grundlage etablierte sich das drei-Domänen-System, das die größte evolutionäre Trennung des Lebens an die Wurzel des Stammbaums stellt.

Unterschiede zwischen Bakterien und Archaeen
Obwohl beide Domänen prokaryotische Zellen ohne Zellkern besitzen, unterscheiden sie sich grundlegend. Bakterien haben Zellwände aus Peptidoglykan und Membranlipide mit Esterbindungen; Archaeen besitzen keine Peptidoglykan-Wand und verwenden Etherbindungen, die bei hohen Temperaturen und in sauren Umgebungen stabiler sind. Auch die molekulare Maschinerie unterscheidet sich: Archaeen ähneln bei der DNA-Replikation und Proteinbiosynthese teilweise den Eukaryoten. Viele Archaeen sind Methanbildner oder leben in Salinen, heißen Quellen oder sauren Böden, aber längst nicht alle sind Extremophile; in Ozeanen und Böden sind sie ebenfalls verbreitet.

Die Endosymbiontentheorie
Eukaryotische Zellen enthalten Organellen mit eigener Geschichte: Nach der Endosymbiontentheorie stammen Mitochondrien von aufgenommenen Bakterien ab und Chloroplasten von Cyanobakterien. Dafür sprechen mehrere Befunde: Beide Organellen besitzen eine doppelte Membran, eigene ringförmige DNA und eigene Ribosomen vom 70S-Typ, die dem bakteriellen Typ ähneln, und sie teilen sich durch Spaltung ähnlich wie Bakterien. Cyanobakterien selbst besitzen keine Chloroplasten, sondern Thylakoide; die Photosynthese der Pflanzen geht also auf freilebende Vorfahren zurück. Die Theorie gilt als gut belegt, Details der Eukaryoten-Entstehung werden weiter erforscht.

Ribosomen und Genexpression als Merkmal
Ribosomale Merkmale helfen bei der Einordnung und sind prüfungsrelevant. Prokaryoten besitzen 70S-Ribosomen aus 50S- und 30S-Untereinheiten, Eukaryoten dagegen 80S-Ribosomen aus 60S- und 40S-Untereinheiten. Bestimmte Antibiotika wie Tetracyclin wirken gezielt auf bakterielle Ribosomen und schaden menschlichen Zellen kaum, weil diese 80S-Ribosomen besitzen. Auch bei der Transcription und Translation gibt es Unterschiede: Bakterien koppeln beide Prozesse im Cytoplasma, Eukaryoten trennen sie durch die Kernhülle. Archaeen nutzen bei der Proteinbiosynthese Elemente, die eukaryotischen Mechanismen ähneln, was ihre Sonderstellung zusätzlich unterstreicht.