Woher kommt die komplexe Zelle?
Alle Lebewesen bestehen aus Zellen – aber nicht aus denselben. Vergleiche zuerst selbst, bevor du weiterliest.
Der springende Punkt: Eucyten besitzen membranumhüllte Organellen wie Mitochondrien und Plastiden. Procyten haben das nicht. Wie kamen diese Organellen in die Zelle?
Erst allein (1 Min): Notiere eine Vermutung, wie die Organellen entstanden sein könnten. Dann zu zweit: Vergleicht eure Ideen. Dann teilen: zwei Paare stellen ihre Vermutung vor.
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Das musst du mitnehmen: Eukaryotenzellen (Eucyten) besitzen im Gegensatz zu Prokaryotenzellen (Procyten) einen Zellkern und weitere membranumhüllte Organellen. Mitochondrien und Plastiden fallen dabei besonders auf – ihre Herkunft ist die Leitfrage dieser Lerneinheit.
Die Endocytobiose – eine Zelle zieht ein
1967/70 machte die Biologin Lynn Margulis einen kühnen Vorschlag: Mitochondrien und Plastiden waren einst freilebende Bakterien, die von einer größeren Urzelle aufgenommen wurden und in ihr weiterlebten – eine Endosymbiose.
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Die Zellmembran des Wirts stülpt sich ein und umschließt das Bakterium vollständig (Phagocytose-artig). Diese umhüllende Wirtsmembran wird zur äußeren Membran, die ursprüngliche Bakterienmembran bleibt als innere Membran erhalten – so entsteht die Doppelmembran.🔒 Sicherung 2
Kernsatz: Bei der Endocytobiose nahm eine Urzelle ein Bakterium auf, ohne es zu verdauen. Die Doppelmembran ist die direkte Spur dieses Vorgangs: innen die Bakterienmembran, außen die umschließende Wirtsmembran.
Die Indizien-Werkstatt
Eine gute Theorie braucht Belege. Untersuche wie ein:e Detektiv:in sechs Merkmale von Mitochondrien und Plastiden. Für jedes gilt die Frage: Passt das eher zu einem Bakterium oder zu einem „gewöhnlichen“, selbst gebauten Zellbestandteil?
Zu zweit: Einigt euch auf die drei stärksten Belege und bringt sie in eine Reihenfolge. Jede:r muss die Reihenfolge begründen können. Haltet euer Ergebnis fest:
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Mitochondrien und Plastiden besitzen eine eigene, ringförmige DNA – genau wie Bakterien. Die DNA im Zellkern ist dagegen linear und in Chromosomen verpackt. Eine eigene Erbinformation ist nur erklärbar, wenn das Organell einst ein selbstständiges Lebewesen war.Widerspruch erklären: Mitochondrien haben zwar eigene DNA, aber nur noch sehr wenige Gene (beim Menschen 37). Wie passt das zur Theorie? Formuliere eine begründete Erklärung.
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Impuls: Wohin könnten die fehlenden Gene „gewandert“ sein?
Hinweis: Stichwort Gentransfer in den Zellkern.
Lösungsschritt: Viele Bakteriengene wurden im Lauf der Evolution in die Kern-DNA verlagert; der Zellkern steuert heute die meisten Organell-Proteine. Übrig blieb nur ein kleiner Rest im Organell.
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Kernsatz: Mehrere unabhängige Indizien – eigene ringförmige DNA, eigene 70S-Ribosomen, Doppelmembran, eigenständige Teilung, eigene Proteinbiosynthese und bakterielle Größe – stützen gemeinsam die Endosymbiontentheorie. Erst die Summe der Belege macht sie stark.
Primäre & sekundäre Endosymbiose
Endosymbiose geschah nicht nur einmal. Man unterscheidet zwei Fälle – am einfachsten erkennbar an der Zahl der Membranen.
Erkläre deiner Partnerin / deinem Partner in 60 Sekunden den Unterschied zwischen primärer und sekundärer Endosymbiose – ohne auf den Bildschirm zu schauen. Dann Rollentausch.
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Kernsatz: Bei der primären Endosymbiose nimmt eine Zelle ein Bakterium auf (→ 2 Membranen). Bei der sekundären nimmt eine Eucyte eine bereits eukaryotische Alge auf (→ 3–4 Membranen).
Warum hat sich das durchgesetzt?
Eine Symbiose bleibt nur bestehen, wenn beide profitieren. Der entscheidende Gewinn des Mitochondriums: viel mehr Energie.
Schalte das Mitochondrium ein oder aus und vergleiche den Energiegewinn (ATP) pro Glucose-Molekül:
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Man vergleicht die DNA-/Gensequenzen der Plastiden mit denen heutiger Cyanobakterien. Eine hohe Übereinstimmung (und ähnliche 70S-Ribosomen, Membranen, Photosynthese-Proteine) stützt die Abstammung. Solche molekularen Stammbäume sind heute die stärksten Prüfmethoden.🔒 Sicherung 5
Kernsatz: Das Mitochondrium ermöglichte die Zellatmung und damit einen enormen Energiegewinn (statt ~2 ATP durch Gärung bis zu ~30+ ATP pro Glucose). Dieser Energieüberschuss war die Voraussetzung für Größe, Kompartimentierung und Komplexität der Eucyte.
Woher kam die Wirtszelle wirklich?
Die Endosymbiontentheorie ist bestens belegt – aber die Forschung geht weiter. Eine spannende offene Frage war lange: Wer war eigentlich der Wirt, der das Bakterium aufnahm?
Ordne die Genfamilien ihrer wahrscheinlichen Herkunft zu – Wirt (Archaeon) oder Bakterium:
Forschung kritisch einordnen: Warum stützt die Asgard-Archaeen-Forschung die Endosymbiontentheorie – und wo bleibt sie offen? Formuliere zwei bis drei Sätze.
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Impuls: Welche zwei „Bausätze“ von Genen bringt das Modell zusammen?
Hinweis: Denke an Beleg (Genom-Vergleich) vs. Modell (genauer Ablauf).
Lösungsschritt: Stützung: konkreter Wirt + passende Gen-Herkunft. Offen: exakter Aufnahme-Vorgang, Zeitpunkt/Reihenfolge, Komplexität des Wirts – alles nur aus Genomdaten erschlossen.
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Kernsatz: Der Wirt der ersten Endosymbiose war vermutlich ein Asgard-Archaeon; es lieferte die Informations- und Strukturgene, das Alphaproteobakterium die Energie-/Mitochondriengene. Das genaue Szenario ist aktueller Forschungsstand – belegt in den Grundzügen, im Detail noch offen.
Gesamt-Sicherung & Selbsttest
Der rote Faden in fünf Sätzen
- Eucyten besitzen membranumhüllte Organellen – Procyten nicht.
- Mitochondrien und Plastiden entstanden durch Endosymbiose aus aufgenommenen Bakterien (Margulis, 1967/70).
- Viele Indizien belegen das: eigene ringförmige DNA, 70S-Ribosomen, Doppelmembran, eigenständige Teilung, eigene Proteinbiosynthese, bakterielle Größe.
- Man unterscheidet primäre (Bakterium, 2 Membranen) und sekundäre (Alge, 3–4 Membranen) Endosymbiose.
- Der Gewinn war Energie (Zellatmung); der Wirt war vermutlich ein Asgard-Archaeon (aktuelle Forschung).