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Schlüssel zur Komplexität

Endosymbiose

Endosymbiose © Joachim Schreiber / Enrico Schleiff

Vor etwa 3,4 Milliarden Jahren bildete sich eine bioorganische Matte in den seichten Gebieten der Weltmeere (1). Die einzelligen Lebewesen passten sich in unterschiedlichster Weise den Lebensbedingungen an; so entwickelten sich Sauerstoff-abhängige und Sauerstoff-unabhängige Organismen.

Die Sauerstoffunabhängigen Organismen verwendeten für ihren Metabolismus Kohlendioxid und Wasserstoff und produzierten das Energie spendende Molekül ATP über einen biochemischen Prozess, die Methanogenese. Wasserstoff jedoch entwich in die Stratosphäre, so dass es zu einem Wasserstoffmangel kam.

Wie das Mitochondrium entstand

Im Gegensatz dazu produzierten die Sauerstoff-abhängigen Organismen gerade die beiden notwendigen Gase und waren in der Lage, durch Atmung und Glycolyse ATP zu produzieren (2). Dementsprechend war eine Symbiose beider Systeme evolutionär bevorteilt und setzte sich durch. Der Sauerstoff-unabhängige „Wirt“ verleibte sich während dieser Zeit den Symbionten vollständig ein, und das Mitochondrium entstand.

Außerdem „verlor“ er in vielen Fällen den Methanproduzierenden Prozess, da er nun auch Energie in Form von ATP von dem Symbionten erhielt, was zu einer Abnahme des Methangehaltes in der Luft führte. Nun bestand jedoch ein weiterer Zwangszustand, denn der Sauerstoffgehalt der Umgebung war zu diesem Zeitpunkt noch sehr gering. In der mikrobischen Matte existierte jedoch ein Organismus, welcher aus Licht und Kohlendioxid organische Substanzen und Sauerstoff produzierte, das Cyanobakterium.

Überschuss an Sauerstoff

Eine Symbiose hatte somit den Vorteil, dass der Kohlenstoff aus der Mitochondrie direkt in Sauerstoff umgesetzt werden konnte, welcher für die Atmung notwendig war (3), und so entstand der Chloroplast. Da jedoch Licht und Kohlendioxid in großen Mengen vorhanden waren, führte diese Symbiose zu einer Effizienzsteigerung der Photosynthese und somit zu einem Überschuss an Sauerstoff, der auch den Sauerstoff-verbrauchenden nicht symbiotischen Organismen zugutekam und heute noch -kommt.

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Enrico Schleiff / Forschung Frankfurt
Stand: 18.06.2009

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Grüne Kraftwerke
Wie die Pflanzen zu ihren Chloroplasten kamen

Schwarze Raucher oder heiße Schwefelquellen?
Rätsel um die Entstehung des Lebens

Wie das Kraftwerk in die Zelle kam…
Ein Raubfeldzug vor zwei Milliarden Jahren

Ein Kanal für Proteine
Toc75: das Ur-Nadelöhr zum Kraftwerksgelände der Pflanzenzelle

Wie ein Kamel durch ein Nadelöhr passt …
Der Protein-Shuttle in die Chloroplasten

Warum Kamele für Kraftwerke wichtig sind …
Proteintransport als Grundvoraussetzung für die Lebensfähigkeit von Systemen

Das Lost-City-Projekt
Die Entstehung des Lebens

Endosymbiose
Schlüssel zur Komplexität

Grüne Leistungsträger
Chloroplasten

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