Wo kommt der Zellkern her?

Düsseldorfer Evolutionsbiologen sehen in den Mitochondrien die Lösung für dieses Rätsel. 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.

Mitochondrium durch Endosymbiose entstanden

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.

Entstehung der Kompartimente

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 haben sie gerade erst publiziert.

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. (idw, red)