Endosymbiontentheorie – Entstehung der Chloroplasten und Mitochondrien

Endosymbiontentheorie – Entstehung der Chloroplasten und Mitochondrien Übung

• Gib an, zu welcher Gruppe die Chloroplasten und Mitochondrien zugeordnet werden können.

  Tipps

  Nutze die Abbildung als Hilfe: Welche Strukturen sind abgebildet?

  Ein Organell ist ein abgetrennter Bereich innerhalb einer Zelle mit einer besonderen Funktion.

  Chloroplasten und Mitochondrien sind keine selbstständigen Lebewesen.

  Du findest Chloroplasten und Mitochondrien im Inneren von Zellen.

  Lösung

  Chloroplasten und Mitochondrien sind abgetrennte Bereiche innerhalb der Zelle mit besonderen Funktionen, sogenannte Organellen. Die Endosymbiontentheorie besagt, dass die Vorgänger von Mitochondrien und Chloroplasten prokaryotische Einzeller waren.
  Bei Organen und Organsystemen handelt es sich um höhere Organisationsstufen.

• Benenne die Entdeckung von Andreas Franz Wilhelm Schimper richtig.

  Tipps

  Das Wort „endo“ kommt aus dem Altgriechischen und bedeutet „innen“.

  Eine „Theorie“ ist eine auf begründeten Aussagen basierende Erklärung eines Phänomens.

  Eine „Symbiose“ bezeichnet eine enge Gemeinschaft zweier Arten, die für beide Seiten vorteilhaft ist.

  Lösung

  Das Wort „endo“ kommt aus dem Altgriechischen und bedeutet „innen“. Eine „Symbiose“ beschreibt eine enge Gemeinschaft zweier verschiedener Arten, die für beide Seiten vorteilhaft ist. Eine „Theorie“ ist eine auf begründeten Aussagen basierende Erklärung eines Phänomens.

  Die Entdeckung von Andreas Franz Wilhelm Schimper heißt Endosymbiontentheorie. Sie ist eine evolutionstheoretische Erklärung dafür, wie die Mitochondrien und Chloroplasten entstanden sind: nämlich durch die Aufnahme von Organismen ins Innere von anderen Organismen. Dieses enge Zusammenleben brachte für beide Organismen Vorteile und eine Symbiose entwickelte sich.

• Vergleiche Mitochondrien und Chloroplasten hinsichtlich ihrer Gemeinsamkeiten und Unterschiede.

  Tipps

  Nur einer der Textbausteine ist den Mitochondrien zuzuordnen. Einige Stichpunkte treffen auf Mitochondrien und Chloroplasten zu und müssen daher dem Zentralelement „beide“ zugeordnet werden.

  Tierzellen sind nicht zur Fotosynthese fähig.

  Die Endosymbiontentheorie besagt, dass Mitochondrien und Plastide aus prokaryotischen Einzellern hervorgegangen sind. Diese Einzeller besaßen eine eigene Zellmembran und auch eine DNA.

  Lösung

  Gemeinsamkeiten von Plastiden und Mitochondrien sind, dass es sich bei ihnen um Organellen handelt. Sie besitzen zudem beide eine doppelte Membran und eine eigene DNA.
  In Pflanzenzellen kommen sowohl Mitochondrien als auch Chloroplasten vor, während in Tierzellen nur Mitochondrien zu finden sind.
  Mitochondrien und Chloroplasten unterscheiden sich zudem hinsichtlich ihrer Funktion: Die typische Funktion der Mitochondrien ist die Umwandlung von Energie in den Nährstoffen zu nutzbarer Energie im Rahmen der Zellatmung. Plastiden haben verschiedene Spezialisierungen. Die Chloroplasten sind für die Fotosynthese zuständig.

• Erkläre den Ablauf der Endosymbiontentheorie.

  Tipps

  Die Phagozytose beschreibt die Aufnahme von Partikeln in eine Zelle.

  Die Fotosynthese ist eine für die Pflanzen typische Fähigkeit, die Energie aus dem Sonnenlicht in Kohlenhydraten zu fixieren. Auch einige Einzeller, zum Beispiel die Cyanobakterien, besitzen die Fähigkeit zur Fotosynthese.

  Sowohl Tierzellen als auch Pflanzenzellen besitzen Mitochondrien. Chloroplasten hingegen besitzen nur die Pflanzenzellen. Daher geht man davon aus, dass bereits ein gemeinsamer Vorfahre von Pflanzen- und Tierzellen die Vorgänger der Mitochondrien aufgenommen hat.

  Eukaryotische Zellen sind komplexe Zellen, die einen Zellkern besitzen. Sie grenzen sich ab von den einfacheren prokaryotischen Zellen, die keinen Zellkern und keine Mitochondrien oder Chloroplasten besitzen.

  Lösung

  Die Endosymbiontentheorie ist eine evolutionstheoretische Erklärung über die Entstehung der Organellen von komplexen eukaryotischen Zellen. Die Idee dieser Theorie ist, dass Mitochondrien und Chloroplasten durch die Aufnahme von prokaryotischen Zellen in größere Zellen entstanden sind. Die Aufnahme von Partikeln in eine Zelle wird Phagozytose genannt.

  Im Anschluss an die Aufnahme der Einzeller wurden diese jedoch nicht als Nahrung verdaut, sondern es entstand letztlich eine Symbiose.
  Für die Wirtszelle bedeutet das, dass sie sich die Eigenschaften der aufgenommenen Prokaryoten zunutze machen kann, etwa die Fähigkeit zur Fotosynthese. Die aufgenommenen Prokaryoten haben den Vorteil, dass sie von der Wirtszelle mit ernährt werden.

  Die Chloroplasten und Mitochondrien sind also die Nachfahren von freilebenden Prokaryoten. Als Vorfahren der Mitochondrien werden die Alphabakterien vermutet und als Vorfahren der Chloroplasten die Cyanobakterien. Man geht davon aus, dass die Mitochondrien zeitlich früher entstanden sind als die Chloroplasten.

  Bei der Aufnahme wurden die Prokaryoten von der Zellmembran der Wirtszelle umschlossen. So formten sich Einstülpungen, die sich abschnürten. Deshalb sind die Mitochondrien und Chloroplasten von zwei Membranen umgeben: Die äußere Membran ist die Zellmembran der Wirtszelle und die innere Membran ist die Zellmembran des Prokaryoten.

• Gib an, um was es sich bei Plastiden und Mitochondrien handelt.

  Tipps

  Drei der Antworten gehören zu den Plastiden und eine zu den Mitochondrien.

  Die Mitochondrien sind zu großen Teilen von Cristae (Röhren) ausgefüllt.

  Chloroplasten gehören zu den Plastiden und sind jene Organellen, die den Pflanzen und Algen ihre typisch grüne Farbe verleihen.

  Lösung

  Die Mitochondrien sind zu großen Teilen von Cristae (Röhren) ausgefüllt. Du siehst eine schematische Abbildung eines Mitochondriums in der oberen Bildhälfte.

  Plastiden unterscheiden sich zum Beispiel hinsichtlich der in ihnen enthaltenen Farbstoffe: Leukoplasten erscheinen dadurch farblos (hier rot dargestellt), Chromoplasten gelb bis rötlich (hier blau dargestellt) und Chloroplasten grün. Du siehst schematische Abbildungen dieser drei Formen von Plastiden auf der unteren Bildhälfte.

• Bewerte, anhand welcher Beobachtungen die Endosymbiontentheorie gestützt wird.

  Tipps

  Eine der Beobachtungen stützt die Theorie nicht und eine weitere Beobachtung stimmt so nicht.

  Plastiden und Mitochondrien sind die einzigen Organellen in Eukaryoten, die über eine eigene DNA verfügen.

  Lösung

  Zur Bildung einer wissenschaftlichen Theorie sind stichhaltige und nachvollziehbare Beobachtungen grundlegend.
  Im Fall der Endosymbiontentheorie gibt es vier besonders wichtige Belege:

  • Mitochondrien und Plastiden besitzen eine eigene DNA.
  • Mitochondrien und Plastiden sind von einer doppelten Membran umgeben.
  • Die Größe von Mitochondrien und Plastiden entspricht in etwa der von Prokaryoten.
  • In der Zellmembran von Mitochondrien und Plastiden befinden sich ähnliche Proteine wie in der Zellmembran von heutigen Prokaryoten.

  Wenn Plastiden oder Mitochondrien eigenständig lebensfähig wären, wäre dies ein weiteres Indiz für die Endosymbiontentheorie. Dem ist allerdings nicht so.
  Es stimmt, dass beide Organellen lebenswichtig für manche Zellen sind, in denen sie vorkommen. Das ist allerdings kein Beleg für die Endosymbiontentheorie, weil andere Organellen wie der Zellkern genauso überlebenswichtig für die Zellen sind.