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Endosymbiontentheorie

Die Endosymbiontentheorie

Endo teaser

Unter einer Symbiose versteht man das Zusammenleben zweier unterschiedlicher Arten, wobei beide Arten daraus einen Vorteil ziehen. Hierfür ist das Zusammenleben von stickstofffixierenden Bakterien und Pflanzenarten aus der Familie Leguminosea nur eines von zahlreichen Beispielen.

Die Endosymbiontentheorie (Endo= innen) besagt, dass eine Reihe von Zellorganellen in den Zellen von Eukaryoten (Kerntragenden) durch Einverleiben oder Fusion von verschiedenen Organismen entstanden seien. Die Hypothese wurde erstmals um 1905 von dem russischen Evolutionsbiologen Konstantin Sergejewitsch Mereschkowski formuliert. Die Analyse der Zellorganellen von eukaryotischen Zellen brachte besondere Eigenschaften der Plastiden und Mitochondrien zum Vorschein:

  • Beide haben eigenständige Erbsubstanz (DNA), die aus einem ringförmigen DNA-Molekül besteht. Die auf der Organellen-DNA enthaltenen Gene kodieren aber nicht für alle im Organell benötigten Enzyme und Proteine. Ein Teil der Enzyme (teilweise sogar Teile von Enzymen) ist kerncodiert, die Proteine werden also vom Zellinneren in das Mitochondrium oder in den Plastid eingeschleust.
  • Sie besitzen eine doppelte (bei manchen Arten auch mehr) Membran um die Organellen.
  • Die innere Membran ähnelt der eines Prokaryoten (Bakterien etc. ohne Kern), was sich am Fehlen von Cholesterin und dem Ersatz durch Cardiolipin festmachen lässt. Die äußere Membran ist hingegen eine Eukaryotische Membran.
  • Die Organellen teilen sich unabhängig von der Zelle in der sie sich befinden.
  • Zusätzlich finden in diesen Organellen besondere Stoffwechselvorgänge statt, die nirgendwo außer bei Prokaryoten im Cytoplasma ablaufen.

So wird das Doppelmembransystem sowohl in Plastiden als auch in Mitochondrien zur Ladungstrennung und somit zum Aufbau von elektrochemischen Gradienten genutzt. Diese Gradienten stellen heute das „Rückgrat“ des zellulären Stoffwechsels dar.

Aus diesen Eigenarten der Organellen leitet sich die Endosymbiontentheorie ab: Plastiden und Mitochondrien sind als eigenständig lebensfähige Prokaryoten in eukaryotische Zellen aufgenommen worden und haben dort ihre Eigenständigkeit eingebüßt. Beide Partner dieser Symbiose sind nun voneinander Abhängig, die aufgenommenen Prokaryoten haben die wesentlichen energiebereitstellenden Prozesse in den eukaryotischen Zellen übernommen, dafür übernehmen die eukaryotischen Partner eine Vielzahl anderer Funktionen wie z.B. große Teile der Proteinbiosynthese.

Weitere Hinweise für diese Theorie erhält man aus der Beobachtung rezenter (noch existierender) Symbiosen. Es gibt einzellige Algen, die in Größe und DNA-Sequenz den Plastiden sehr ähnlich sind. Vergleiche der genetischen Sequenz deuten darauf hin, dass Plastiden von Cyanobakterien (Blaualgen) und Mitochondrien von aeroben Proteobakterien (Bakteriengruppe die Purpurbakterien enthalten) abstammen. Zusätzlich ist bekannt, dass es Lebewesen gibt, die in Symbiose mit solchen einzelligen Algen leben. Ein besonders interessantes Beispiel hierfür ist * „Hatena” (jap.: Rätselhaft).

Daraus schließt man, dass es bei der Symbiose zwischen Eukaryont und Prokaryont in diesen Fällen zu einer Übertragung bestimmter Genabschnitte vom Prokaryoten in den Kern des Eukaryoten gekommen ist, und nun beide Partner existenziell voneinander abhängen.