Endosymbiosis - Definition, Theory, Evidence, Examples - Biology Notes Online (2024)

Was ist Endosymbiose?

• Endosymbiose ist eine spezielle Form der Symbiose, bei der ein Organismus, Endosymbiont genannt, intrazellulär in einem anderen, dem Wirtsorganismus, lebt. Diese komplexe Verbindung zeichnet sich durch gegenseitigen Nutzen aus, wobei beide Einheiten Vorteile aus ihrer Koexistenz ziehen.
• Der Begriff „Symbiose“ beschreibt eine Beziehung zwischen zwei Organismen, die auf eine Weise koexistieren, bei der beide die verfügbaren Ressourcen zum Überleben nutzen und nutzen. Das Präfix „endo-“ bezeichnet eine interne Beziehung und weist darauf hin, dass die symbiotische Interaktion innerhalb der Grenzen des Wirtsorganismus stattfindet. Dies steht im Gegensatz zur „Ektosymbiose“, bei der die symbiotische Beziehung äußerlich ist.
• Endosymbionten sind per Definition Organismen, die im Körper oder in Zellstrukturen eines anderen Organismus leben. Diese Beziehung kann von Gegenseitigkeit, bei der beide Parteien profitieren, bis hin zu anderen Formen reichen, die nicht unbedingt für beide Seiten von Vorteil sind. Zu den klassischen Beispielen für Endosymbiose zählen stickstofffixierende Bakterien, sogenannte Rhizobien, die in den Wurzelknollen von Hülsenfrüchten leben, sowie einzellige Algen, die in Korallen leben und bei der Riffbildung helfen. Darüber hinaus beherbergen bestimmte Insekten bakterielle Endosymbionten, die sie mit lebenswichtigen Nährstoffen versorgen.
• Die Ursprünge der Endosymbiose sind tief in den Annalen der Evolutionsbiologie verwurzelt. Die Endosymbiotentheorie oder Symbiogenese geht davon aus, dass sich bestimmte Organellen in eukaryotischen Zellen, insbesondere Mitochondrien und Plastiden (z. B. Chloroplasten), aus frei lebenden Bakterien entwickelten, die von eukaryotischen Vorfahrenzellen verschlungen wurden. Diese Theorie liefert eine überzeugende Erklärung für das Vorhandensein dieser Organellen in Eukaryoten und unterstreicht die evolutionäre Bedeutung endosymbiotischer Ereignisse.
• Die Übertragung von Symbionten kann in zwei Hauptmodi eingeteilt werden: horizontal und vertikal. Die horizontale Übertragung beinhaltet die Aufnahme von Symbionten aus der Umwelt in jeder Generation, was durch die Beziehung zwischen stickstofffixierenden Bakterien und einigen Pflanzen veranschaulicht wird. Im Gegensatz dazu gewährleistet die vertikale Übertragung den direkten Übergang von Symbionten vom Elternteil zu den Nachkommen, wie dies bei Erbsenblattlaus-Symbionten beobachtet wird. Einige Systeme weisen eine Mixed-Mode-Übertragung auf, bei der die vertikale Übertragung vorherrscht, es jedoch gelegentlich zu einer horizontalen Erfassung kommt, wodurch neue Symbionten eingeführt werden.
• Endosymbiotic relationships can be obligate or facultative. In obligate endosymbiosis, the survival of one or both partners is contingent upon the presence of the other. Mitochondrien and chloroplasts in eukaryotic cells exemplify obligate endosymbiotic relationships. Conversely, facultative endosymbiosis does not necessitate the constant presence of the symbiont for the host’s survival.
• Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Endosymbiose ein vielschichtiges biologisches Phänomen ist, das die komplizierten Beziehungen und die Evolutionsdynamik zwischen verschiedenen Organismen unterstreicht. Durch wechselseitige Interaktionen haben sich Organismen gemeinsam entwickelt und so ihr Überleben in verschiedenen Umgebungen optimiert. Das Studium der Endosymbiose bietet tiefgreifende Einblicke in die Komplexität des Lebens und die unzähligen Arten, wie Organismen interagieren und koexistieren.

Definition von Endosymbiose

Endosymbiose ist eine Form der Symbiose, bei der ein Organismus (der Endosymbiont) in den Zellen oder im Körper eines anderen Organismus (des Wirts) lebt, was häufig zu gegenseitigem Nutzen für beide Lebewesen führt.

Endosymbiotische Theorie

Das Endosymbiotische Theorie offers a comprehensive explanation for the evolutionary transition from prokaryotic to eukaryotic cells. Central to this theory is the proposition that certain organelles within eukaryotic cells, specifically mitochondria and chloroplasts, originated from free-living prokaryotic cells. This groundbreaking hypothesis was first introduced by botanist Konstantin Mereschkowski between 1905 and 1910.

Mechanism of the Endosymbiotische Theorie:

1. Anfängliche Zellentwicklung: Die grundlegende eukaryotische Zelle wies primitive Merkmale auf, darunter ein frühes endoplasmatisches Retikulum und eine entstehende Kernhülle. Es wird angenommen, dass diese Strukturen durch die Einstülpung oder Faltung der Plasmamembran entstanden sind.
2. Aufnahme aerober Bakterien: Irgendwann in der Evolutionsgeschichte verschlang diese primitive eukaryotische Zelle ein aerobes Bakterium durch einen Prozess, der Endophagozytose genannt wurde. Dieser Mechanismus beinhaltet die Faltung der Plasmamembran nach innen und die Bildung von Vesikeln, die das eingeschlossene Bakterium in das Zellinnere transportieren.
3. Bildung von Mitochondrien: Im Laufe unzähliger Generationen wurden die von ihnen befallenen aeroben Bakterien und ihre Nachkommen zunehmend integriert und von der Wirtszelle abhängig. Diese symbiotische Beziehung führte schließlich zur Umwandlung dieser Bakterien in das, was wir heute als Mitochondrien kennen, die Kraftwerke eukaryontischer Zellen.
4. Incorporation of Photosynthetic Cyanobakterien: In einem späteren evolutionären Ereignis verschlang eine eukaryontische Zelle ein photosynthetisches Cyanobakterium. Im Laufe der Zeit wurde auch dieses Cyanobakterium ein integraler Bestandteil der Wirtszelle und entwickelte sich zu dem als Chloroplasten bekannten Organell, das für die Photosynthese in Pflanzen verantwortlich ist.
5. Serielle Endosymbiose: Da diese beiden symbiotischen Ereignisse nacheinander auftraten, wird der gesamte Prozess oft als serielle Endosymbiose bezeichnet.

Im Wesentlichen ist die Endosymbiotische Theorie elucidates the intricate evolutionary pathways that gave rise to the complex eukaryotic cells from simpler prokaryotic predecessors. This theory underscores the adaptive nature of life, where cooperative relationships can drive significant evolutionary advancements.

Bestimmung der Chronologie der Mitochondrien- und Chloroplastenbildung

Das Endosymbiotische Theorie, which postulates the origin of certain eukaryotic organelles from engulfed prokaryotic cells, has been instrumental in understanding the evolutionary history of eukaryotic cells. A pivotal aspect of this theory is the sequential formation of mitochondria followed by chloroplasts within these cells. The determination of this order was achieved through a meticulous examination of phylogenetic data.

1. Beweise aus der prokaryotischen Abstammung: Da es sich bei Bakterien um prokaryotische Organismen handelt, fehlen ihnen von Natur aus Organellen wie Mitochondrien und Chloroplasten. Dieses Fehlen dient als grundlegender Bezugspunkt bei der Verfolgung der Evolutionsbahn eukaryontischer Organellen.
2. Ubiquity of Mitochondrien in Eukaryotes: Mitochondrien are found in a vast array of eukaryotic organisms, encompassing protozoa, animals, fungi, plants, and algae. The widespread presence of mitochondria across these diverse groups indicates that the engulfment of an aerobic bacterium, leading to the formation of the mitochondrion, occurred early in the evolutionary timeline of eukaryotic cells.
3. Eingeschränkte Verbreitung von Chloroplasten: Im Gegensatz zur Allgegenwärtigkeit von Mitochondrien sind Chloroplasten in bestimmten eukaryotischen Abstammungslinien lokalisiert, vor allem in Pflanzen und Algen. Diese begrenzte Verbreitung lässt darauf schließen, dass die Verschlingung eines photosynthetischen Cyanobakteriums, die in der Bildung des Chloroplasten gipfelte, nach der Divergenz der angestammten Abstammungslinie erfolgte, die zu Pflanzen und Algen von anderen eukaryotischen Abstammungslinien führte, beispielsweise denen, die zu Protozoen, Tieren und Pilzen führten.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Wissenschaftler durch die Analyse der Verteilung und des Vorhandenseins dieser Organellen in verschiedenen eukaryotischen Gruppen und die Nutzung der Erkenntnisse aus phylogenetischen Studien den Schluss gezogen haben, dass sich Mitochondrien vor den Chloroplasten in der eukaryotischen Abstammungslinie entwickelten. Dieser methodische Ansatz unterstreicht die Leistungsfähigkeit der Evolutionsbiologie bei der Entschlüsselung komplexer biologischer Phänomene.

Endosymbiotischer Nachweis in eukaryotischen Zellen

Das Endosymbiotische Theorie posits that eukaryotic cells evolved through a symbiotic relationship between primitive eukaryotic cells and certain prokaryotes. These prokaryotes, over time, became integrated as organelles within the eukaryotic cells, leading to the complex cellular structures observed today. Several lines of evidence support this theory, underscoring the endosymbiotic origin of organelles like mitochondria and plastids:

1. Binäre Spaltung in Organellen: Sowohl Mitochondrien als auch Chloroplasten durchlaufen eine binäre Spaltung, eine Art der Teilung, die an prokaryotische Zellen erinnert. Dies deutet darauf hin, dass diese Organellen einst als unabhängige Einheiten existierten, bevor sie Teil eukaryontischer Zellen wurden.
2. Ähnlichkeiten in der Größe: Die Abmessungen von Mitochondrien und Chloroplasten ähneln stark denen bestimmter Bakterien, was auf eine gemeinsame evolutionäre Abstammungslinie hindeutet.
3. Deutliche äußere Membran: Das Vorhandensein einer zusätzlichen Außenmembran in Mitochondrien und Chloroplasten kann auf den Prozess der Endozytose während ihrer anfänglichen Umhüllung durch eukaryotische Vorfahrenzellen zurückgeführt werden.
4. Vorhandensein von 70S-Ribosomen: Während eukaryotische Zellen typischerweise 80S-Ribosomen enthalten, beherbergen Mitochondrien und Chloroplasten 70S-Ribosomen, ein Typ, der häufig in Prokaryoten vorkommt. Diese ribosomale Ähnlichkeit stärkt die endosymbiotische Verbindung zusätzlich.
5. Zirkuläre und nackte DNA: Sowohl Mitochondrien als auch Chloroplasten besitzen zirkuläre, nicht histongebundene DNA, ähnlich dem genetischen Material, das in prokaryotischen Zellen beobachtet wird. Dieses Merkmal weicht von der linearen, Histon-assoziierten DNA ab, die typischerweise in eukaryotischen Kernen vorkommt.
6. Antibiotika-Empfindlichkeit: Mitochondrien and chloroplasts exhibit sensitivity to certain antibiotics like Chloramphenicol, a trait characteristic of bacterial cells. This suggests a bacterial ancestry for these organelles.

In light of these compelling pieces of evidence, the Endosymbiotische Theorie provides a robust framework for understanding the evolutionary trajectory of eukaryotic cells. The integration of once-independent prokaryotic entities into eukaryotic cells underscores the dynamic and cooperative nature of cellular evolution.

Bedeutung der Endosymbiose in der Zellbiologie und Evolution

Endosymbiose, ein Prozess, bei dem ein Organismus in einem anderen lebt, hat tiefgreifende Auswirkungen auf die Biologie und Evolution sowohl des Wirts als auch des Endosymbionten. Die gegenseitigen Interaktionen, die sich aus solchen Beziehungen ergeben, haben zu mehreren bedeutenden Ergebnissen geführt:

1. Optimale Umgebung für Endosymbionten: Das Leben in einem Wirt bietet dem Endosymbionten eine stabile und geschützte Umgebung, die ihn vor äußeren Widrigkeiten schützt und sein Überleben sichert.
2. Nährstoffaustausch: Der Wirtsorganismus nimmt häufig eine Vielzahl von Nährstoffen auf, von denen einige für das Wachstum und die Vermehrung des Endosymbionten essentiell sind. Diese symbiotische Beziehung gewährleistet eine gleichmäßige Versorgung des Endosymbionten mit diesen lebenswichtigen Nährstoffen.
3. Nützliche Verbindungen für Gastgeber: Endosymbionts often produce compounds that are advantageous for the host. For instance, E. coli, an endosymbiont in the human gut, produces a chemical called colicin. This compound has the capability to deter other potentially harmful pathogens, thereby offering a protective advantage to the human host.
4. Evolutionäre Fortschritte: Endosymbiose hat eine entscheidende Rolle in der zellulären Evolution gespielt. Die Verschlingung einer Zelle durch eine andere und deren anschließende Koexistenz haben zur Entwicklung komplizierter Zellstrukturen geführt. Dieser Prozess war maßgeblich an der Entwicklung eukaryotischer Zellen aus einfacheren prokaryotischen Vorgängern beteiligt.
5. Diversifizierung des Lebens: Die endosymbiotischen Ereignisse haben zu der enormen Vielfalt der heute beobachteten Lebensformen beigetragen. Durch die Erleichterung der Integration verschiedener Organismen und die anschließende Entwicklung neuer Zellstrukturen war die Endosymbiose eine treibende Kraft bei der Entstehung verschiedener Organismen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Endosymbiose nicht nur eine biologische Kuriosität ist, sondern ein grundlegender Prozess, der den Verlauf der zellulären Evolution und Diversifizierung geprägt hat. Der gegenseitige Nutzen, der sich aus solchen Beziehungen ergibt, unterstreicht die komplexe und kooperative Natur des Lebens auf zellulärer Ebene.

Beispiele für Endosymbionten

Endosymbiose, ein Phänomen, bei dem ein Organismus in einem anderen lebt, ist in verschiedenen biologischen Taxa weit verbreitet, von Pflanzen und Bakterien bis hin zu Protisten und Wirbeltieren. Diese komplizierte Beziehung führt häufig zu gegenseitigen Vorteilen sowohl für den Wirt als auch für den Endosymbionten. Hier sind einige anschauliche Beispiele für Endosymbionten in verschiedenen Organismen:

1. Rhizobium in Hülsenfrüchten: Rhizobium, ein stickstofffixierendes Bakterium, baut eine symbiotische Beziehung innerhalb der Wurzelknollen von Hülsenfrüchten auf. Während das Bakterium essentielle Nährstoffe aus der Pflanze bezieht, wandelt es im Gegenzug Luftstickstoff in stickstoffhaltige Verbindungen um, die die Pflanze aufnehmen kann.
2. Buchnera bei Blattläusen: Die Blattlaus Acyrthosiphon pisum beherbergt ein endosymbiotisches Bakterium namens Buchnera spp. Dieses Bakterium spielt eine entscheidende Rolle bei der Synthese essentieller Aminosäuren, die die Blattlaus benötigt, und zeigt eine gegenseitige Beziehung.
3. Symbiodinium in Korallen und Mollusken: Symbiodinium, eine Art Dinoflagellaten, kommt in bestimmten Weichtieren und Korallen vor. Diese Endosymbionten helfen dabei, Sonnenlicht einzufangen und zu speichern und liefern die Energie, die für die Karbonatablagerung erforderlich ist, ein grundlegender Prozess bei der Bildung von Korallenriffen.
4. Richelia herein Diatomeen: In Meeresumgebungen sind bestimmte Kieselalgen wie Hemialus auf Stickstoff angewiesen, der von einem endosymbiotischen Bakterium, Richelia, gebunden wird. Diese symbiotische Beziehung gewährleistet eine gleichmäßige Versorgung mit Stickstoff, einem lebenswichtigen Nährstoff für das Wachstum und den Stoffwechsel der Kieselalgen.
5. Oophila Algen in Salamanders: Die Algen der Gattung Oophila bilden eine endosymbiotische Verbindung mit Salamandern der Gattung Ambystoma. Diese einzigartige Beziehung ist durch die Fähigkeit der Algen gekennzeichnet, den sich entwickelnden Salamanderembryonen Sauerstoff und andere Vorteile zu bieten.

Diese Beispiele unterstreichen die vielfältigen Erscheinungsformen der Endosymbiose im gesamten biologischen Spektrum. Solche Beziehungen verdeutlichen die komplizierten gegenseitigen Abhängigkeiten, die sich im Laufe der Zeit entwickelt haben und das Überleben und Gedeihen sowohl des Wirts als auch des Endosymbionten erleichtern.

Quiz

Welcher Begriff beschreibt eine Beziehung, bei der ein Organismus innerhalb eines anderen Organismus lebt?
a) Ektosymbiose
b) Schmarotzertum
c) Endosymbiose
d) Kommensalismus

Welches Organell in eukaryotischen Zellen stammt vermutlich von einem umhüllten aeroben Bakterium?
a) Lysosom
b) Golgi-Apparat
c) Mitochondrium
d) Peroxisom

Welches der folgenden ist ein stickstofffixierendes Bakterium, das eine endosymbiotische Beziehung mit Hülsenfrüchten eingeht?
a) Escherichia coli
b) Staphylococcus aureus
c) Rhizobium
d) Bacillus subtilis

Die endosymbiotische Theorie legt nahe, dass Chloroplasten in Pflanzenzellen von welchem ​​umhüllten Organismus stammen?
a) Aerobes Bakterium
b) Photosynthetisches Cyanobakterium
c) Methanogene Archaeen
d) Hefe

Welches Organell in Pflanzenzellen ist für die Photosynthese verantwortlich und hat vermutlich einen endosymbiotischen Ursprung?
a) Kern
b) Vakuole
c) Chloroplast
d) Endoplasmatisches Retikulum

Welches der folgenden Merkmale ist KEIN Merkmal, das den endosymbiotischen Ursprung von Mitochondrien und Chloroplasten unterstützt?
a) Vorhandensein von Doppelmembranen
b) Fähigkeit zur binären Spaltung
c) Lineare DNA-Struktur
d) Vorhandensein von 70S-Ribosomen

Welches Insekt beherbergt das endosymbiotische Bakterium Buchnera spp.?
a) Honigbiene
b) Blattlaus
c) Mücke
d) Schmetterling

Symbiodinium, eine Dinoflagellatenart, geht eine endosymbiotische Beziehung hauptsächlich mit Folgendem ein:
a) Vögel
b) Säugetiere
c) Korallen und Weichtiere
d) Amphibien

Welche der folgenden Organellen hat KEINEN endosymbiotischen Ursprung?
a) Mitochondrium
b) Chloroplast
c) Lysosom
d) Sowohl a als auch b

Der Begriff „serielle Endosymbiose“ bezieht sich auf:
a) Mehrere endosymbiotische Ereignisse treten gleichzeitig auf
b) Mehrere endosymbiotische Ereignisse, die nacheinander auftreten
c) Ein einzelnes endosymbiotisches Ereignis, das zur Bildung mehrerer Organellen führt
d. Keins der oben genannten

FAQ

Bibliographie

1. BioNinja. (nd). Endosymbiose. https://ib.bioninja.com.au/standard-level/topic-1-cell-biology/15-the-origin-of-cells/endosymbiosis.html
2. Wikipedia-Mitwirkende. (nd). Endosymbiont. Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Endosymbiont
3. Museum für Paläontologie der Universität von Kalifornien. (nd). Wie Endosymbiose das Leben auf der Erde veränderte: Beweise für Endosymbiose. https://evolution.berkeley.edu/it-takes-teamwork-how-endosymbiosis-changed-life-on-earth/evidence-for-endosymbiosis/
4. Northern Arizona University. (nd). Endosymbiose. https://www2.nau.edu/lrm22/lessons/endosymbiosis/endosymbiosis.html
5. Offene Geologie. (nd). Endosymbiose. https://opengeology.org/historicalgeology/case-studies/endosymbiosis/

Verwandte Artikel

• Nervensystem – Definition, Teile, Funktionen
• Spindelfasern – Definition, Typen, Struktur, Bildung, Funktionen
• Sekretion – Definition, Mechanismus, Bedeutung
• Pseudopod – Definition, Typen, Bildung, Funktionen, Beispiele
• Prophase – Definition, Färbung, Schritte, Bedeutung