40%

Cyber Monday-Angebot – nur bis zum 4.12.2022

sofatutor 30 Tage lang kostenlos testen & dann 40 % sparen!

Endosymbiontentheorie – Entstehung der Chloroplasten und Mitochondrien

Du möchtest schneller & einfacher lernen?

Dann nutze doch Erklärvideos & übe mit Lernspielen für die Schule.

Kostenlos testen
Bewertung

Ø 4.5 / 6 Bewertungen

Die Autor*innen
Avatar
Team Digital
Endosymbiontentheorie – Entstehung der Chloroplasten und Mitochondrien
lernst du in der Oberstufe 5. Klasse - 6. Klasse - 7. Klasse - 8. Klasse - 9. Klasse

Grundlagen zum Thema Endosymbiontentheorie – Entstehung der Chloroplasten und Mitochondrien

Inhalt

Endosymbiontentheorie – Biologie

In der Schule hast du sicherlich schon etwas zu Chloroplasten und Mitochondrien gehört und weißt, wie wichtig diese Organellen für eukaryotische Zellen (Pflanzen- und Tierzellen) sind:

Zellorganellen Beschreibung
Chloroplasten Chloroplasten sind Organellen, die nur in Pflanzenzellen vorkommen. Daher bezeichnet man sie auch als Plastiden. Neben den Chloroplasten, welche einen geschützten Reaktionsraum (Zellkompartiment) für die Fotosynthese darstellen, gibt es noch Leukoplasten, welche als Speicherorte für Stärke und Proteine dienen. Zusätzlich zählen zu den Plastiden auch die Chromoplasten, in denen Pflanzenfarbstoff eingelagert ist.
Mitochondrien Mitochondrien sind sowohl in Tier- als auch in Pflanzenzellen vorhanden. Sie dienen als Kraftwerke der Zelle und generieren ATP (Adenosintriphosphat). ATP ist eine energiereiche Verbindung. In dieser Form wird die Energie gespeichert und für zelluläre Prozesse zur Verfügung gestellt.

Es wird deutlich, dass beide Organellen wichtige Energieumwandler für die Zelle sind. Aber wie lief die Entstehung der Chloroplasten und Mitochondrien ab?

Geschichte der Endosymbiontentheorie

Bereits Ende des 19. Jahrhunderts entdeckte man Chloroplasten und Mitochondrien. Diese Zellkompartimente unterscheiden sich von den übrigen Bestandteilen, da sie sich unabhängig vom Zellzyklus vermehren. Die unabhängige Teilung ist auf die eigene DNA dieser Organellen zurückzuführen. Der deutsche Pathologe und Histologe Richard Altmann stellte die Theorie auf, dass Chloroplasten und Mitochondrien von frei lebenden Einzellern stammen könnten. Somit wurde in der Biologie die Endosymbiontentheorie eingeführt.

Was ist die Endosymbiontentheorie? – Definition

Die Endosymbiontentheorie besagt, dass sich komplexe eukaryotische Zellen durch eine Symbiose mit Prokaryoten entwickelt haben. Die Entstehung von Chloroplasten und Mitochondrien wird damit begründet, dass eine eukaryotische Vorläuferzelle einen Prokaryoten mittels Phagocytose aufgenommen und nicht verdaut hat. Der Aufnahmevorgang durch die Phagocytose ist eine Sonderform der Endocytose (Membranfluss).

Chloroplasten und Mitochondrien sind somit ursprüngliche Prokaryoten gewesen. Mitochondrien haben sich zeitlich früher entwickelt als Chloroplasten.

Mitochondrien sind vermutlich aus aerob lebenden Proteobakterien entstanden. Aerob bedeutet, dass Lebewesen ihre Energie durch Sauerstoff verbrauchende Stoffwechselprozesse gewinnen. Die Entwicklung der Chloroplasten entstand wahrscheinlich durch die Aufnahme von phototrophen Cyanobakterien. Als phototroph werden Organismen bezeichnet, welche Licht als Energiequelle nutzen.

Grundsätzlich geht der ursprüngliche Eukaryot mit dem Prokaryoten eine Symbiose ein, sodass ihre Verbindung für beide Zellen Vorteile hat. Die Wirtszellen, also der ursprüngliche Eukaryot, profitieren von der Energiegewinnung des Prokaryoten. Dieser wiederum erhält von der Wirtszelle Nährstoffe zur eigenen Ernährung. Mitochondrien und Chloroplasten sind aufgrund ihrer ursprünglichen phagocytotischen Aufnahme von zwei Membranen (Doppelmembran) umgeben. Die äußere Membran entstammt der Wirtszelle und die innere stellt die ursprüngliche Membran des Prokaryoten dar.

Der Ablauf der Endosymbiontentheorie – primäre und sekundäre Endosymbiose

Das nachfolgende Schema verdeutlicht den Ablauf der Endosymbiontentheorie. Zur Vereinfachung sind nur die beteiligten Zellbestandteile dargestellt.

Endosymbiontentheorie: primäre und sekundäre Endosymbiose

Diese Form der Endosymbiose zwischen einem Eukaryoten und einem Prokaryoten wird auch als primäre Endosymbiose bezeichnet.

Entstand das Zellorganell durch die Aufnahme eines Eukaryoten durch eine andere eukaryotische Zelle, wird dies als sekundäre Endosymbiose bezeichnet. Dies führte zur Entstehung verschiedener photosynthesebetreibender Eukaryoten (z.B. Augentierchen, Euglenida).

Belege für die Endosymbiontentheorie

Folgende Eigenschaften unterstützen die Endosymbiontentheorie:

  • Die Doppelmembran entstand durch Phagocytose.
  • Plastiden und Mitochondrien haben ihre eigene DNA.
  • Die heutigen Prokaryoten haben ähnliche Merkmale wie Plastiden und Mitochondrien (Zellgröße, Größe der Ribosomen, Proteine der inneren Membran).

Endosymbiontentheorie – Zusammenfassung

Fassen wir nun noch einmal die wichtigsten Punkte zusammen:

  • Die Phagocytose von aeroben bzw. phototrophen Prokaryoten durch einen ursprünglichen einzelligen Eukaryoten führte zu einer Symbiose.
  • Die aufgenommenen Prokaryoten wurden nicht verdaut.
  • Als Endosymbionten werden die aufgenommenen Prokaryoten bezeichnet. Daraus setzt sich der Begriff Endosymbiontentheorie zusammen.
  • Die Endosymbiontentheorie dient lediglich der Theorie zur Entstehung von Chloroplasten und Mitochondrien. Diese erklärt aber nicht die Entstehung der Eucyte, also der eukaryotischen Zelle mit ihren gesamten, zum Teil membranumhüllten Zellkompartimenten wie dem Zellkern.
  • Die Endosymbiose zwischen einem Eukaryoten und einem Prokaryoten wird auch als primäre Endosymbiose bezeichnet.

Mit diesem Hintergrundwissen kannst du ganz entspannt die nachfolgenden Arbeitsblätter bearbeiten und ein gutes Referat vorbereiten. Jetzt kannst auch du anderen die Endosymbiontentheorie einfach erklären.

Endosymbiontentheorie – Entstehung der Chloroplasten und Mitochondrien Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Endosymbiontentheorie – Entstehung der Chloroplasten und Mitochondrien kannst du es wiederholen und üben.
  • 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.

30 Tage kostenlos testen
Mit Spaß Noten verbessern
und vollen Zugriff erhalten auf

4.062

sofaheld-Level

6.574

vorgefertigte
Vokabeln

10.281

Lernvideos

42.389

Übungen

37.454

Arbeitsblätter

24h

Hilfe von Lehrer*
innen

laufender Yeti

Inhalte für alle Fächer und Schulstufen.
Von Expert*innen erstellt und angepasst an die Lehrpläne der Bundesländer.

30 Tage kostenlos testen

Testphase jederzeit online beenden