Endosymbiontentheorie Mindmap

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Die Endosymbiontentheorie erklärt, wie komplexere Zellen (Eukaryoten) durch die Aufnahme von Bakterien entstanden. Eine Urzelle nahm aerobe Bakterien auf, aus denen Mitochondrien wurden; bei der Aufnahme von Cyanobakterien entstanden Chloroplasten. Die Theorie wurde maßgeblich von Lynn Margulis formuliert und gilt heute durch viele molekulare und strukturelle Befunde als gut gestützt. Sie verbindet Zellbiologie, Genetik und Evolutionsbiologie und zeigt, dass Evolution nicht nur durch Konkurrenz, sondern auch durch Kooperation vorangetrieben wird.

Was besagt die Endosymbiontentheorie?
Die Endosymbiontentheorie beschreibt einen zentralen Schritt in der Evolution der Zellen. Danach nahm eine urtümliche Wirtszelle andere Bakterien auf, die nicht verdaut wurden, sondern in ihr überlebten. Aus diesen Symbionten entwickelten sich im Laufe der Zeit Organellen: Aus aeroben Bakterien wurden Mitochondrien, die Zellatmung ermöglichen, und aus Cyanobakterien wurden Chloroplasten, die Photosynthese betreiben. Die Wirtszelle profitierte von der Energiegewinnung ihrer Gäste, die Symbionten erhielten Schutz und Nährstoffe. Diese Partnerschaft wurde so eng, dass beide Partner nicht mehr ohneinander existieren können. Die Theorie erklärt damit, warum Eukaryoten Organellen besitzen, die Prokaryoten fehlen.

Welche Belege sprechen für die Theorie?
Für die Endosymbiontentheorie gibt es mehrere unabhängige Beleglinien. Mitochondrien und Chloroplasten besitzen eigene ringförmige DNA, die der bakteriellen DNA ähnelt und nicht wie die lineare DNA im Zellkern organisiert ist. Ihre Ribosomen entsprechen in Größe und Aufbau eher bakteriellen Ribosomen als denen des Zellplasmas. Beide Organellen vermehren sich durch Zweiteilung, ähnlich wie Bakterien. Die doppelte Membran lässt sich so deuten, dass die äußere Membran von der Aufnahme in die Wirtszelle stammt, während die innere der ursprünglichen Bakterienmembran entspricht. Zudem zeigen molekulare Vergleiche, dass die Organellen-DNA am nächsten mit bestimmten Bakteriengruppen verwandt ist.

Historische Entwicklung und Anerkennung
Die Grundidee der Endosymbiose wurde bereits um 1905 von Konstantin Mereschkowski entwickelt, fand aber lange keine breite Anerkennung. In den 1960er Jahren griff Lynn Margulis die Idee auf und formulierte sie 1967 in einer einflussreichen Arbeit aus. Sie stützte sich auf die damals neu verfügbaren Erkenntnisse über die DNA der Organellen. Anfangs stieß die Theorie auf erhebliche Kritik, weil sie einen ungewöhnlichen Evolutionsmechanismus beschrieb. Erst durch molekularbiologische Vergleichsstudien, insbesondere DNA-Sequenzvergleiche, setzte sie sich durch. Heute gilt sie als gut belegte Erklärung für den Ursprung von Mitochondrien und Chloroplasten, auch wenn Details der Aufnahmevorgänge weiter erforscht werden.

Gentransfer und die Folgen der Symbiose
Im Verlauf der Evolution wanderten viele Gene der ursprünglichen Symbionten in den Zellkern der Wirtszelle. Die Organellen verloren dadurch den größten Teil ihres Erbguts und sind heute nicht mehr lebensfähig außerhalb der Wirtszelle. Sie sind auf vom Zellkern codierte Proteine angewiesen, die in die Organellen importiert werden müssen. Diese Abhängigkeit zeigt, wie weit die Verschmelzung zweier ursprünglich selbstständiger Organismen fortgeschritten ist. Aus zwei getrennten Lebewesen wurde eine funktionale Einheit. Die Endosymbiontentheorie verdeutlicht damit, dass Evolution nicht nur über Konkurrenz verläuft, sondern auch über dauerhafte Kooperation, die neue Lebensformen hervorbringt.