Evolution der Zelle

In der Umgebung der Urerde wurden zunächst nach der Theorie des Miller-Urey-Experiments kleine organische Moleküle synthetisiert. Diese verwandeln sich durch die katalytische Einwirkung der Umgebung, wie Hitze, Strahlung, etc. in Polymere. Wenn diese Polymere nun die Bildung ihrer Katalysatoren fördern, dann entsteht ein autokatalytisches System, das allen anderen Substanzen gegenüber einen immensen Selektionsvorteil besitzt.

Eine These besagt, dass Polynukleotide ihre eigene Synthese durch die auch heute noch existierende Basenpaarung (C-G und A-U) gefördert haben und so das oben erwähnte autkatalytische System entstand.

Da Nukleotide durch ihre Sequenz die Faltung und damit Stabilität und Bindeverhalten an andere Moleküle beeinflussen können, sind so sehr wahrscheinlich ,,Familien`` von sich gegenseitig katalysierenden Molekülen entstanden. Wenn durch eine ,, Adaptoren-RNA`` die Information einer DNA auf eine andere übertragen wurde, so hätte diese in einen Polypeptidstrang umgesetzt werden können, welcher dann wiederum die Synthese der RNA katalysieren kann.

Das so entstandene Synthesesystem hätte allerdings keinen Selektionsvorteil, da es auch die Synthese anderer Systeme mitbegünstigt. Erst wenn das System von einer Membran abgeschlossen ist , entsteht eine abgeschlossener Reaktionsraum, der dem System zu einem Selektionsvorteil verhilft. Solche abgrenzenden Membranen hätten sich z.B. durch die Zusammenlagerung von alipathischen Molelkülen wie den Phospholipiden bilden können.

Bei der Entstehung der ersten Zellen vor ca. 3,5 Milliarden Jahren kam es sehr wahrscheinlich auch schon dazu, dass die DNA als die stabilere Speicherform gegenüber der RNA gewählt wurde. Die damals entstandenen Zellen waren sehr wahrscheinlich den heutigen Mycoplasten ähnlich.

Dieser Ur-Prokaryot entwickelte sich weiter zu den Arachaebacteria, die unter extremen Bedingungen anaerob leben und später in die Eubacteria, zu denen die Cyano-, die Grampositiven und -negativen sowie die photosynthesetreibenden Purpurbakterien gehören.

Nach dem Verbrauch der organischen Verbindungen wurde deren Neusynthese immer wichtiger. So entwickelten sich erste Stoffwechselketten. Die Nutzung von CO₂ und N₂ durch die Cyanobakterien brachte diesen einen beträchtlichen Selektionsvorteil.

Das dadurch entstandene O₂ wurde von anderen Organismen zur Atmung und zum effektiveren Glucoseabbau genutzt.

Nach der Endosymbiontentheorie entstand durch die Aufnahme anaerober Zellen, den heutigen Mitochondrien, eine Symbiose mehrer sich gegenseitig ergänzender Zellen, in denen einzelne Realtinsräume durch Membranen abgegrenzt wurden. Die Organisation und Strukturierung dieser Zellen erfolgte durch ein Zytoskelett. Durch die sich daraus entwickelnden Cilien wurde ein Beutefang möglich.

Um den Replikationsapparat zu schützen, wird die DNA um die Histone herumgewickelt und in eine Kernmembran eingeschlossen.

Entwicklung von Zellverbänden

Bei Zellverbänden, wie z.B. Volvox tritt der Vorteil einer Aufgabenverteilung hervor.

Sehr wahrscheinlich sind solche Zellverbände dadurch entstanden, dass Zelle nach der Teilung einfach zusammen geblieben sind. Später haben sich dann spezialisierte Zellen heraus. Bei den Pflanzen wurde der Zellverband dann von Zellulose, bei den Tieren von einem Endothel eingefasst. Durch weitere Epithelien war es möglich, Räume funktionell zu gliedern.

Heute findet man bei Wirbeltieren eine Gliederung in ca. 200 Zelltypen.

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