Sie wissen, wenn Sie hören, wie jemand einen Satz mit "Es gibt zwei Arten von Menschen ..." beginnt, und Sie denken bei sich: "Oh Mann, hier kommt es." Weil es bestenfalls abscheulich erscheint, die gesamte Menschheit auf "zwei Arten von Menschen" zu reduzieren.
Aber was wäre, wenn ich Ihnen sagen würde, dass es nur zwei Arten von Organismen gibt?
Laut Wissenschaftlern ist die Welt in zwei Arten von Organismen aufgeteilt - Prokaryoten und Eukaryoten - die zwei verschiedene Arten von Zellen haben . Ein Organismus kann entweder aus dem einen oder dem anderen Typ bestehen. Einige Organismen bestehen nur aus einer dürren Zelle, aber trotzdem ist diese Zelle entweder prokaryotisch oder eukaryotisch. So sind die Dinge eben.
Zu Organelle oder nicht zu Organelle?
Der Unterschied zwischen eukaryotischen und prokaryotischen Zellen hat mit den kleinen Stoffteilen der Zelle zu tun, die Organellen genannt werden. Prokaryontische Zellen sind einfacher und es fehlen die membrangebundenen Organellen und der Zellkern des Eukaryoten, die die DNA der Zelle einkapseln . Prokaryontische Bakterien sind zwar primitiver als Eukaryoten, aber die vielfältigste und am häufigsten vorkommende Gruppe von Organismen auf der Erde. Wir Menschen sind buchstäblich von innen und außen mit Prokaryoten bedeckt. Andererseits sind alle Menschen, Tiere, Pflanzen, Pilze und Protisten (Organismen, die aus einer einzelnen Zelle bestehen) Eukaryoten. Und obwohl einige Eukaryoten einzellig sind - denken Sie an Amöben und Paramecium - gibt es keine Prokaryoten, die mehr als eine Zelle haben.
Prokaryotic Efficiency Apartment gegen Eukaryotic Mansion
"Ich stelle mir einen Prokaryoten als Ein-Zimmer-Effizienzwohnung und einen Eukaryoten als 6-Millionen-Dollar-Villa vor", sagt Erin Shanle, Professorin am Institut für Biologie und Umweltwissenschaften der Longwood University, in einem E-Mail-Interview. "Die Größe und Trennung von funktionalen 'Räumen' oder Organellen in Eukaryoten ähnelt den vielen Räumen und der komplexen Organisation eines Herrenhauses. Prokaryoten müssen ähnliche Aufgaben in einem einzigen Raum ohne den Luxus von Organellen erledigen."
Ein Grund, warum diese Analogie hilfreich ist, ist, dass alle Zellen, sowohl Prokaryoten als auch Eukaryoten, von einer selektiv durchlässigen Membran umgeben sind, durch die nur bestimmte Moleküle ein- und aussteigen können - ähnlich wie bei den Fenstern und Türen unseres Hauses. Sie können Ihre Türen und Fenster abschließen, um streunende Katzen und Einbrecher fernzuhalten (das zelluläre Äquivalent zu Viren oder fremden Materialien), aber Sie schließen die Türen auf, um Lebensmittel einzubringen und den Müll herauszunehmen. Auf diese Weise erhalten alle Zellen die interne Homöostase oder Stabilität aufrecht .
"Prokaryoten sind strukturell viel einfacher", sagt Shanle. "Sie haben einen einzigen 'Raum', um alle notwendigen Funktionen des Lebens zu erfüllen, nämlich die Herstellung von Proteinen aus den in der DNA gespeicherten Anweisungen. Dies ist der vollständige Satz von Anweisungen zum Aufbau einer Zelle. Prokaryoten haben keine separaten Kompartimente für die Energieerzeugung. Proteinverpackung, Abfallverarbeitung oder andere Schlüsselfunktionen. "
Im Gegensatz dazu haben Eukaryoten membrangebundene Organellen, die zur Trennung all dieser Prozesse verwendet werden. Dies bedeutet, dass die Küche vom Hauptbad getrennt ist. Es gibt Dutzende von ummauerten Räumen, die alle eine andere Funktion in der Zelle erfüllen.
Beispielsweise wird DNA im Zellkern der eukaryotischen Zelle gespeichert, repliziert und verarbeitet, der selbst von einer selektiv durchlässigen Membran umgeben ist. Dies schützt die DNA und ermöglicht es der Zelle, die Produktion von Proteinen zu optimieren, die notwendig sind, um ihre Arbeit zu erledigen und die Zelle am Leben zu erhalten. Andere wichtige Organellen sind die Mitochondrien, die Zucker zur Energieerzeugung verarbeiten, das Lysosom, das Abfall verarbeitet, und das endoplasmatische Retikulum , das die Organisation von Proteinen für die Verteilung in der Zelle unterstützt. Prokaryontische Zellen müssen viel von dem gleichen Zeug machen, aber sie haben einfach keine separaten Räume, in denen sie es tun können. In diesem Sinne sind sie eher eine Zwei-Bit-Operation.
"Viele eukaryotische Organismen bestehen aus mehreren Zelltypen, die jeweils denselben Satz von DNA-Blaupausen enthalten, aber unterschiedliche Funktionen erfüllen", sagt Shanle. "Durch Trennen der großen DNA-Blaupausen im Kern können bestimmte Teile der Blaupause verwendet werden, um verschiedene Zelltypen aus demselben Befehlssatz zu erstellen."
Die Evolution der Eukaryoten
Sie fragen sich vielleicht, wie Organismen auf diese Weise aufgeteilt werden konnten. Nun, nach der endosymbiotischen Theorie begann alles vor ungefähr 2 Milliarden Jahren, als es einem großen Prokaryoten gelang, einen Kern zu bilden, indem er seine Zellmembran in sich selbst faltete.
"Im Laufe der Zeit wurde eine kleinere prokaryotische Zelle von dieser größeren Zelle verschlungen", sagt Shanle. "Der kleinere Prokaryot könnte eine aerobe Atmung durchführen oder Zucker unter Verwendung von Sauerstoff in Energie umwandeln, ähnlich den Mitochondrien, die wir in heute lebenden Eukaryoten sehen. Diese kleinere Zelle wurde in der größeren Wirtszelle gehalten, wo sie sich replizierte und an nachfolgende weitergegeben wurde Generationen. Diese endosymbiotische Beziehung führte letztendlich dazu, dass die kleinere Zelle Teil der größeren Zelle wurde und schließlich ihre Autonomie und einen Großteil ihrer ursprünglichen DNA verlor. "
Die Mitochondrien der heutigen Eukaryoten haben jedoch ihre eigenen DNA-Blaupausen, die sich unabhängig von der DNA im Kern replizieren, und die mitochondriale DNA weist eine gewisse Ähnlichkeit mit der prokaryotischen DNA auf, die die endosymbiotische Theorie unterstützt. Es wird angenommen, dass ein ähnliches Modell zur Entwicklung von Chloroplasten in Pflanzen geführt hat, aber die Geschichte beginnt mit einer eukaryotischen Zelle, die Mitochondrien enthält, die einen photosynthetischen Prokaryoten verschlingen.
Eukaryoten und Prokaryoten - sie sind anders! Aber obwohl es schwierig sein kann, die Ähnlichkeiten zwischen Menschen und Bakterien zu erkennen, bestehen wir alle aus demselben Material: DNA, Proteine, Zucker und Lipide.
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Obwohl die endosymbiotische Theorie nur "eine Theorie" ist, ist sie die beste Erklärung für die Entwicklung der Eukaryoten. Obwohl es eines Tages widerlegt werden mag, wird es durch viele Fakten gestützt.
Ursprünglich veröffentlicht am 10. Juni 2020
