Theorien der Zellentwicklung

Theorien der Zellentwicklung sind Erklärungen, die zu verstehen versuchen, wann und wie die Zellen entstanden sind. Normalerweise beziehen sie sich auf eukaryontische Zellen, dh solche, die einen durch eine Zellmembran getrennten Kern haben, in dem sie das genetische Material enthalten.

Im Gegensatz zu prokaryontischen Zellen, die einfacher sind und vor etwa 3700 Millionen Jahren auf der Erde erschienen sind, sind eukaryontische Zellen viel komplexer, größer und haben ein neueres Erscheinungsbild.

Da eukaryotische Zellen die Grundlage für die meisten Lebewesen wie Pflanzen und Tiere sind, wurden verschiedene Theorien über ihre Herkunft und warum sie aufgetaucht sind entwickelt.

Entwicklung der ersten Zellen

Die ersten Zellen erschienen vor mindestens 3.700 Millionen Jahren, etwa 750 Millionen Jahre nach der Entstehung der Erde. Obwohl wir nicht genau wissen, wie die ersten Zellen entstanden sind, wissen wir recht gut, wie sie sich entwickelt haben.

Eine der am meisten akzeptierten Theorien über die Bildung der ersten Zellen ist jedoch die folgende: Unter den atmosphärischen Bedingungen der primitiven Erde kann eine Energieentladung organische Moleküle erzeugen, die sich spontan bilden.

Dies wurde durch Stanley Millers Experimente in den 1950er Jahren demonstriert, in denen es ihm gelang, organische Moleküle aus Wasserstoff, Methan und Ammoniak herzustellen.

Später wurden die ersten komplexen organischen Moleküle (auch Makromoleküle genannt) gebildet. Irgendwann in der Evolution dieser Moleküle war es dem ersten möglich, sich unter Verwendung von Materialien aus seiner Umgebung zu replizieren. Er wurde also zum ersten Mal in einer Zelle geboren.

Diese ersten Zellen hätten sich aufgrund der mangelnden Konkurrenz um den verwendeten Brennstoff zunächst frei vermehren können. Da ihre Zahl jedoch beträchtlich anstieg (gerade wegen dieses Mangels an Konkurrenz), mussten die Zellen bald ausgefeilter werden, um ihre Fortpflanzung fortzusetzen. So begann der Evolutionsprozess.

Zelltypen und ihre Entwicklung

Viele Jahre lang glaubte man, dass es nur zwei Arten von Zellen gab, Prokaryoten (was wörtlich "ohne Kern" bedeutet) und Eukaryoten, die komplexer waren und später auftraten. In den letzten zwei Jahrhunderten haben sie jedoch einen anderen Zelltyp identifiziert, der nicht mit den Merkmalen der beiden anderen übereinstimmt.

Diese Zellen sind seit den 90er Jahren als "Archaea" bekannt, was wörtlich "die Alten" bedeutet. Auf diese Weise wird heute ein Klassifizierungssystem von drei Domänen verwendet: Archaea, Bacteria und Eucaria.

Archaea-Zellen

Die Archaea (auch als Arqueas bekannt) sind Zellen ohne Kern, die Bakterien sehr ähnlich sind, aber bestimmte Eigenschaften aufweisen, die dazu geführt haben, dass sie als unabhängige Organismen gelten.

Wie die übrigen Zellen sind sie mikroskopische Organismen. Die Zellwand ist sehr widerstandsfähig, sodass sie in extremen Umgebungen leben können (auch bei Asteroiden im Weltraum, ohne den Schutz einer Atmosphäre).

Ihre Ernährung ist auch sehr unterschiedlich, da sie anorganische Verbindungen wie Wasserstoff, Kohlendioxid oder Schwefel anstelle von Sauerstoff nutzen.

Prokaryontische Zellen (Bakterien)

Prokaryontische Zellen sind die einfachsten unter den drei Typen. Sie haben nur eine Zellmembran, die das Innere der Zelle umgibt. Im Inneren finden wir das genetische Material, das im Zytoplasma schwebt, sowie einige Ribosomen (die Organellen, die in der Zelle Energie erzeugen).

Prokaryontische Zellen werden, obwohl sie von vielen verschiedenen Typen sind, alle als Bakterien klassifiziert. Um sich besser an die Umwelt anpassen zu können, haben viele von ihnen andere Zusätze, z. B. Flagellen, die sich frei bewegen können, oder eine klebrige Wand, die Kapsel, die es ihnen ermöglicht, an anderen Organismen zu haften.

Eukaryotische Zellen

Eukaryontische Zellen sind die komplexesten und größten der drei Typen. Sie unterscheiden sich von Prokaryoten und Archaeen vor allem dadurch, dass sie einen Kern haben, in dem sie DNA speichern. Darüber hinaus verfügen sie über verschiedene Arten von Zellorganellen, mit denen sie verschiedene Arten von Funktionen ausführen können.

Eukaryontische Zellen sind die Grundlage allen komplexen Lebens, das auf der Erde existiert. Aus diesem Grund untersuchen Wissenschaftler seit vielen Jahrzehnten ihren Ursprung und haben die so genannte endosymbiotische Theorie der Zellentwicklung entwickelt.

Endosymbiotische Theorie der Zellentwicklung

Eukaryontische Zellen sind viel weiter entwickelt als Archaeen oder Bakterien. Noch vor wenigen Jahrzehnten wurde eine zufriedenstellende Erklärung für seine Entstehung gefunden: die endosymbiotische Theorie.

Diese Theorie basiert auf den Ähnlichkeiten zwischen Mitochondrien und Chloroplasten von eukaryotischen Zellen mit Bakterien, sowohl in ihrer Form als auch in ihrer Funktion.

Daher schlagen die Wissenschaftler, die es verteidigen, vor, dass eine große Zelle irgendwann in der Evolution ein Bakterium absorbiert und damit beginnt, die zum Überleben und zur Fortpflanzung notwendige Energie zu gewinnen.

Die absorbierten Bakterien gewannen andererseits eine größere Wahrscheinlichkeit, Nachkommen zu hinterlassen, und eine größere Sicherheit, indem sie sich in einer größeren Zelle befanden. Daher gab es eine symbiotische Beziehung; daher der Name der Theorie.

Nach Millionen von Jahren der Evolution haben sich Mitochondrien und Chloroplasten, die früher unabhängige Bakterien waren, spezialisiert. Daher können sie außerhalb der Zelle nicht mehr überleben.

Beweise der endosymbiotischen Theorie

In der Alltagssprache verwenden wir das Wort "Theorie", um eine Meinung zu beschreiben, die nicht auf Fakten basiert. In der Welt der Wissenschaft ist eine Theorie jedoch eine Erklärung für ein Phänomen, das durch Experimente und Beobachtungen bestätigt wurde.

Die endosymbiotische Theorie ist keine Ausnahme. Mehrere Hinweise lassen vermuten, dass auf diese Weise die tierischen und pflanzlichen Zellen entstanden sind. Einige dieser Beweise sind die folgenden:

• Mitochondrien und Chloroplasten haben ihre eigene DNA → Diese beiden Arten von Organellen sind die einzigen, die DNA in ihrem Zytoplasma haben und von der Haupt-DNA der Zelle getrennt sind.
• Beide Organellen vermehren sich selbständig → Chloroplasten und Mitochondrien können sich unabhängig von der Zelle vermehren und ihre eigene Teilung steuern, da sie über eine eigene DNA verfügen.
• Sie haben eine Zellmembran → Im Gegensatz zu den übrigen Organellen in der Zelle haben sowohl Mitochondrien als auch Chloroplasten eine Doppelzellmembran, die sie vom Rest trennt. Dieser Membrantyp kommt auch in Bakterien vor.