Die Endosymbiontentheorie ist ein zentrales Konzept der modernen Biologie und beschreibt den Ursprung eukaryotischer Zellen durch die Aufnahme und Integration prokaryotischer Organismen in einen gemeinsamen Zellverbund. Diese Theorie liefert eine plausible Erklärung für die Evolution komplexer Zellstrukturen und wird durch eine Vielzahl molekularbiologischer, genetischer und struktureller Belege gestützt.

Im Kern besagt die Endosymbiontentheorie, dass bestimmte Organellen eukaryotischer Zellen, insbesondere Mitochondrien und Plastiden wie Chloroplasten, ursprünglich eigenständige prokaryotische Organismen waren. Diese frühen Prokaryoten, vermutlich Vorläufer heutiger Bakterien, wurden von einer primitiven eukaryotischen Zelle aufgenommen, vermutlich durch Phagozytose. Statt verdaut zu werden, entwickelten diese aufgenommenen Prokaryoten eine symbiotische Beziehung mit ihrem Wirt: Die Prokaryoten profitierten von der schützenden Umgebung der Wirtszelle, während diese ihrerseits von den Stoffwechseleigenschaften ihrer neuen Bewohner profitierte.

Für die Mitochondrien wird angenommen, dass sie aus aeroben Bakterien hervorgegangen sind, möglicherweise Vorläufern der Alphaproteobakterien, die in der Lage waren, Energie aus Sauerstoff zu gewinnen. Die Entstehung der Chloroplasten wird hingegen auf die Aufnahme von Cyanobakterien zurückgeführt, die photosynthetische Fähigkeiten besaßen und so ihrem Wirt eine neue Energiequelle erschlossen. Diese Symbiosen gaben den eukaryotischen Zellen erhebliche Vorteile in einer sich wandelnden Umwelt, insbesondere während der Sauerstoffanreicherung der Erdatmosphäre durch die photosynthetische Aktivität von Cyanobakterien.

Die molekulare Grundlage der Endosymbiontentheorie wird durch zahlreiche genetische und biochemische Befunde untermauert. Sowohl Mitochondrien als auch Plastiden besitzen eigene, ringförmige DNA-Moleküle, die strukturelle Ähnlichkeiten zu bakteriellen Genomen aufweisen. Zudem haben diese Organellen ihre eigene Transkriptions- und Translationsmaschinerie, einschließlich ribosomaler RNA und spezifischer Ribosomen, die in Größe und Struktur den prokaryotischen Ribosomen gleichen. Untersuchungen der Gensequenzen dieser Organellen haben gezeigt, dass sie phylogenetisch tatsächlich mit heutigen Bakterien verwandt sind. Ein weiteres Indiz ist die doppelte Membranstruktur von Mitochondrien und Plastiden, die sich durch den Phagozytoseprozess erklären lässt: Die innere Membran stammt von der ursprünglichen Bakterienzelle, die äußere von der Wirtszelle.

Im Laufe der Evolution haben sich viele Gene der aufgenommenen Prokaryoten in das Genom der Wirtszelle integriert. Diese genetische Integration machte die Symbionten zunehmend abhängig von ihrer Wirtszelle, bis sie schließlich nicht mehr eigenständig überleben konnten und zu festen Bestandteilen der eukaryotischen Zelle wurden. Dieses Phänomen, bekannt als Genom-Reduktion, erklärt, warum Mitochondrien und Plastiden heute nur noch einen Bruchteil der Gene besitzen, die ihre prokaryotischen Vorfahren einst hatten.

Die Endosymbiontentheorie hat weitreichende Implikationen für unser Verständnis der Evolution und der biologischen Vielfalt. Sie zeigt, wie Kooperation zwischen unterschiedlichen Organismen zur Entstehung neuer Lebensformen führen kann, und stellt ein paradigmatisches Beispiel für den kreativen Charakter der Evolution dar. Sie bietet auch Einblicke in die Ursprünge des Zellstoffwechsels und die Mechanismen der Zellteilung und -differenzierung. Gleichzeitig wirft die Theorie weiterhin Fragen auf, insbesondere zur genauen Abfolge und den evolutionären Zwischenschritten dieses komplexen Prozesses.

Insgesamt stellt die Endosymbiontentheorie eine der überzeugendsten Erklärungen für den Ursprung der Eukaryoten dar und ist ein integraler Bestandteil der modernen Evolutionsbiologie. Sie verdeutlicht die Bedeutung symbiotischer Beziehungen in der Evolution und macht deutlich, dass Zusammenarbeit zwischen Organismen eine treibende Kraft hinter der Entstehung neuer biologischer Komplexität ist.