biologische Evolution - vom Einzeller zum Vielzeller

Vielzelligkeit kann sich aus den Einzellern entwickelt haben. Dabei stellen Chlamydomonas und Volvox wichtige Modellorganismen dar:

Einzeller sind in der Regel schon hoch komplexe Lebewesen: eine Zelle, deren innere Strukturen alles beinhalten, was dieser Organismus zum Leben benötigt. Andererseits gibt es vielzellige Organismen, die in einer hochgeordneten und differenzierten Form einzelne Aufgaben durch Einsatz verschiedener Zelltypen erledigen.

Wie könnte sich ein Vielzeller entwickelt haben?

Einfache mikroskopische Beobachtungen von Süßwasserproben können Einblick in die Entwicklung der Vielzeller geben.

In Teich- oder Tümpelwasser finden sich etwa 20 µm kleine grüne Kugeln: die Grünalge Chlamydomonas. Sie betreibt Fotosynthese, hat Geißeln zur aktiven Bewegung und einen sogenannten Augenfleck, um Licht wahrzunehmen. Chlamydomonas teilt sich durch Zweiteilung. Jede Einzelzelle lebt selbstständig.

• Einzeller ⇛ Chlamydomonas
• Mehrzeller ⇛ Pandorina, Eudorina
• Vielzeller ⇛ Volvox

Pandorina hingegen ist bereits eine Kolonie aus 8–12 Zellen, die Chlamydomonas entsprechen. Eine gemeinsame Proteinumhüllung (Gallerte) hält die Zellen zusammen.

Auf der Stufe der 32-zelligen Eudorina beginnen die Differenzierungsvorgänge. Es werden Unterschiede in Zellgröße und Größe des Augenflecks sichtbar. Diesen strukturellen Veränderungen mag eine Arbeitsteilung in der Zellkolonie zugrunde liegen.

Volvox zeigt eine bereits 1 mm (= 1.000 µm) große Zellkugel, die sich aus mehreren Hundert Einzelzellen bildet. Dabei umschließen die Einzelzellen eine Hohlkugel, jede einzelne Zelle ist im Prinzip noch als Chlamydomonaszelle erkennbar. Das Team aus Chlamydomonaszellen ist über Plasmabrücken miteinander verbunden. Volvox ist damit  (im Vergleich zu Eudorina oder Pandorina) keine Kolonie aus Einzelzellen, sondern ein Organismus aus verschiedenen (Körper-)Zellen. Bei genauerer Betrachtung findet man verstreut einige größere Zellen. Diese dienen der Fortpflanzung. Die Fortpflanzungszellen teilen sich durch Zweiteilung und „wachsen” in den Innenraum der Hohlkugel. Die Mutter-Hohlkugel bricht auf und stirbt ab, die Nachkommen werden freigesetzt und bilden selbst eine Volvox-Hohlkugel aus.

Von Chlamydomonas zu Volvox

Ausgehend von der einzelligen Grünalge Chlamydomonas, kann eine Entwicklung zum Vielzeller beobachtet werden. Gonium bildet eine lockere Zusammenlagerung von einzelnen Zellen, die von einer gemeinsamen Gallerte umgeben sind. Volvox hingegen ist ein geordnetes Konstrukt aus Einzelzellen, die alle über Plasmabrücken miteinander verbunden sind. In Volvox zeigt sich schon eine Differenzierung der Zellen. Neben den normalen „Körperzellen“ gibt es hier bereits „Keimzellen“, welche für die Ausbildung der Tochterkugeln verantwortlich sind. Der Preis für die Vielzelligkeit scheint die Sterblichkeit der Volvox-Körperzellen!

Die Entwicklung vom Einzeller zum Vielzeller: Volvox als "sterblicher" Vielzeller.