Heute beschäftige ich mich mit der Entstehungsgeschichte der Erde, dem Ursprung des Lebens und dem Unterschied zwischen Prokaryoten und Eukaryoten. Dies ist als Kombinationspost aus Botanik und Zellbiologie gedacht.
Entstehung des Sonnensystems mit unserer Erde und die Uratmosphäre:
Das Sonnensystem indem sich auch unsere Erde befindet entstand vor etwa 4,6 Milliarden Jahren, der Mond etwas später vor etwa 4,5 Milliarden Jahren. Anfangs bestand die Atmosphäre im Gegensatz zu heute aus Wasserstoff (H2), Methan (CH4), Ammoniak (NH3) und Wasser im gasförmigen Zustand (H2O). Durch elektrostatische Entladungen, auch bekannt als Blitze entstanden daraus die ersten Aminosäuren, Lipide und Nukleinsäuren (Stanley Miller von der University of Chicago hat für diese Theorie ein stichhaltigen Beweis mit seinem Versuch zur Entstehung des Lebens geliefert (vgl. Science Ausgabe 117 [1953] S. 528f.)
Entstehung des Lebens (vor etwa 3,5 Milliarden Jahren):
Entscheidend für das Leben war die Abgrenzung der ersten Zellen von der Außenwelt durch Membranen, die dennoch einen kontrollierten Austausch ermöglichten. Die sogenannten Doppellipidschichtmembranen ermöglichen einen regulierten Austausch von Ionen und Molekülen. Alle heute bekannten Lebewesen haben vermutlich einen gemeinsamen Vorfahren, das nennt man auch monophyletisch.
Prokaryoten und Eukaryoten:
Im Folgenden möchte ich auf die Unterschiede zwischen Prokaryoten und Eukaryoten am Beispiel von Cyanobakterien und einer Pflanzenzelle eingehen (die Beispiele dazu findet Ihr im Botanik Script von Burkhard Büdel unter http://www.uni-kl.de/FB-Biologie/Botanik/lehre/vorl_bio1_bb/Bio1_2009_BBuedel_Teil1.pdf )
Prokaryoten
Als Beispiel hier wähle ich die Cyanobakterien, die für die Entstehung des Lebens wie wir es heute auf der Erde vorfinden, eine entscheidende Rolle spielen. Sie haben als erste ein Photosynthese II System gehabt und so vor 2,5 Milliarden Jahren den ersten Sauerstoff in der Atmosphäre produziert. Sie werden traditionell immer der Botantik zugeordnet, da sie photo-autotroph sind. Obwohl man sie auch prokaryotische Algen nennt, gehören sie eigentlich zu den gram-negativen Bakterien, denn ihre DNA liegt wie bei Bakterien und Prokaryoten üblich als Kernäquivalent im Cytoplasma vor. Die ersten Cyanobakterien haben schon vor 10^9 Jahren gelebt und bedecken auch heute noch in den Tropen fast jede vegetationsfreie Fläche.
Eukaryoten
Eukaryoten sind komplexer aufgebaut als Prokaryoten, sie werden durch diverse Membranen in verschiedene Reaktionsräume geteilt, wobei eine Membran immer eine wässrige Phase von einer plasmatischen Phase trennt. Diese Reaktionsräume nennt man auch Kompartimente. Beispiele hierfür wären: Zellkern, Plastiden, Mitochondrien, ER, Golgi-Apparat, Vakuolen, Cytoplasma.
Während wir Cytosol, Kernplasma, Mitoplasma und Plastoplasma als Plasmatische Phasen betrachten, zeigen sich wässrige Phasen in vom ER abgegrenzten Räumen wie Zisternen, Vesikel und Zellvakuolen.
Entstehung von Organellen in eukaryotentischen Zellen nach der Endosymbiontentheorie:
Viele heterotrophe Einzeller ernähren sich durch Phagocytose (die Aufnahme von Nahrung durch umfließen der Nahrung mit dem eigenen Cytoplasma; Einschließen von Nahrungspartikeln). Eine Prokaryotische Zelle die durch phagocytotisch aufgenomme andere Prokaryoten, welche entweder ähnlich wie Mitochondrien in der Lage waren Energie durch eine Atmungskette aufzubauen oder wie Chloroplasten in der Lage waren Photosynthese zu betreiben, brachten einen erhebliche Vorteil für diese Zelle mit sich, wenn die aufgenommenen Prokaryoten nicht verdaut wurden. Auf diese Weise lässt sich auch das Vorkommen von Doppelmembranen erklären, welche wir z.B. bei Mitochondrien und Chloroplasten finden. Ein weiterer Punkt, der für die erstmals 1883 von A.F.W. Schimper formulierte Hypothese spricht, ist das Vorhandensein von DNA in den heutigen Mitochondrien, die zwar nicht für alle Komponenten codiert, aber einen erheblichen Beitrag leistet.
Zusammenfassung des Themas nach Lüttge, Kluge und Bauer Botanik 5. Auflage:
Präbiotische Synthesen einfacher organischer Moleküle im Urmeer erlaubten die Entstehung erster Urzellen (Progenoten), und es entwickelte sich eine Ribonucleinsäure-Welt (RNA-Welt) mit Katalysen, Speicherung und Weitergabe von Informationen durch RNA nach Abgrenzung und Emanzipation von Umgebung. Dann entstand die Desoxyribonukleinsäure-Welt (DNA- Welt) mit komplexer Synthese von Proteinen als Katalysatoren (Enzyme). Der Verbrauch der Ressourcen organischer Verbindungen im Urmeer führte zur ersten Ernährungs- und Energiekrise, aus der die Ausnutzung der Energie des Sonnenlichts mit der Evolution der Photosynthese herausführte. Die grundlegend notwendige strukturelle und funktionelle Ausstattung lebender Zellen realisierte sich erst auf der Organisationsstufe der Prokaryonten und dann durch Endosymbiose solcher Zellen auf der Organisationsstufe der Eukaryonten. Der Vergleich abgestufter Ähnlichkeiten der Organismen von der morphologisch-anatomischen bis zur molekularen Ebene führt zur stammesgeschichtlichen Gliederung in drei Domänen, die prokaryotischen Archaea und Bacteria und die eukaryotischen Eucarya mit den drei Reichen Plantae, Fungi und Animalia der Eucarya.
Quellen: Lüttge, Kluge und Bauer Botanik 5. Auflage, Seiten 13-21; Botanik Vorlesungsscript von Prof. Burkhard Büdel s.o.; Zellbiologie Vorlesungsscript von Prof. Johannes Herrmann
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