Wo kommt der Zellkern her?

In der Natur existieren zwei Typen von Zellen: die ursprünglichen Prokaryoten und die komplexen Eukaryoten, aus denen alle höhere Lebewesen bestehen. Doch wie hat sich die komplexe innere Struktur der Eukaryoten mit ihrer Menge an Kompartimenten entwickelt? Düsseldorfer Evolutionsbiologen sehen in den Mitochondrien die Lösung für dieses Rätsel. In der Fachzeitschrift Trends in Microbiology veröffentlichen sie ihre neue Theorie.

Die Urzellen sind noch einfach aufgebaut. Diese sogenannten Prokaryoten besitzen kaum innere Strukturen. Ihre funktionalen Bestandteile, inklusive der Erbanlagen, schwimmen alle gemeinsam im Zellinneren, dem Zytosol. Noch heute existieren diese Zellen in großer Zahl, in Form von Bakterien und Archaeen.

Alle höheren Lebewesen wie Pflanzen und Tiere bestehen dagegen aus eukaryotischen Zellen. In ihrem Inneren gibt es durch Zellmembranen separierte Untereinheiten, so genannte Kompartimente. Die Kompartimente tauschen untereinander Materialien durch kleine membranumhüllte Bläschen, den so genannten Vesikeln, aus. Das wohl prominenteste Kompartiment ist der Zellkern, der das Erbmolekül DNA birgt. Ebenfalls elementar für das Überleben der Zellen ist das Mitochondrium, das „Kraftwerk“ unserer Zellen.

Ein Kompartiment aller tierischer und pflanzlicher Zellen, das Mitochondrium selbst, ist durch „Endosymbiose“ entstanden: Vor fast 2 Milliarden Jahren wurde ein Bakterium in einem anderen Prokaryoten (einem Archaeon) aufgenommen. Aus dieser Integration einer Zelle in eine andere entstanden nicht nur die Mitochondrien, die in keiner eukaryotischen Zelle fehlen, sondern die Eukaryoten selbst.

PD Dr. Sven Gould, Sriram Garg und Prof. Dr. William Martin vom Institut für Molekulare Evolution der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf fragten sich, wie während der Evolution die anderen Kompartimente entstanden, d.h. wie sich das innere Membransystem bildete und was für diese Entwicklung der „Startschuss“ war. Ihr neues Modell publizieren sie in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Trends in Microbiology.

Demnach stand das Mitochondrium am Anfang von allem. Nachdem es in die Wirtszelle durch Endosymbiose integriert wurde, produzierte es Vesikel, die miteinander verschmolzen und so innere Kompartimente bildeten. Diese haben dann auch die DNA umhüllt und so den Zellkern gebildet. Auf Basis ihres Modells beschreiben die Düsseldorfer Evolutionsbiologen die sukzessive Entstehung aller weiteren Kompartimente, in einer so nie dagewesenen Reihenfolge.

Originalpublikation
Sven B. Gould, Sriram G. Garg, William F. Martin, „Bacterial Vesicle Secretion and the Evolutionary Origin of the Eukaryotic Endomem-brane System“, Trends in Microbiology, 31.03.2016
DOI: 10.1016/j.tim.2016.03.005

Kontakt
PD Dr. Sven Gould
Institut für Molekulare Evolution
Tel.: 0211 81-13983
Email: gould@hhu.de

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