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Evolution

Der Kampf ums Eisen - die ersten Mehrzeller

Abb.1

Die ersten Lebewesen haben sich offenbar unter Fe(II)-Überschussbedingungen gebildet, denn das Fe(II)-Fe(III)-Redoxsystem hat sich zu einem gewissen Zeitpunkt der Evolution durchgesetzt. Mit der Entwicklung der Photosynthese muss es zu einer ökologischen Katastrophe gekommen sein, weil durch die oxidierende Atmosphäre nicht mehr genügend wasserlösliches Fe(II) zur Verfügung stand. Unter diesen Bedingungen konnten nur solche Zellen überleben, die in der Lage waren, aus dem schwerlöslichen Eisenhydroxid [Fe(OH)3 ] genügend Fe(III) für ihr Wachstum zu gewinnen. Allgemein sieht man das als ein Beispiel für den Beginn der Entwicklung von mehrzelligen Organismen an und begründet dies so:

Nach dem Massenwirkungsgesetz ist auch von schwerlöslichen Substanzen stets ein konstanter Anteil löslich. Entfernt man die lösliche Fraktion aus dem Gleichgewicht, wird lösliches Material nachgeliefert. Zellen bilden unter Eisenmangel so genannte Siderophore (eisentragende Proteine), die mit hoher Affinität an Fe(III) binden und dieses so aus dem Gleichgewicht entfernen.

Für eine einzelne Zelle wäre es ungünstig, ein Eisen bindendes Protein in die Umgebung abzugeben, dann aber aufgrund von Diffussionvorgängen kein Eisen damit aufnehmen zu können. Erst wenn sich beispielsweise ein fadenförmiger Zellverband bildet, kommt es in der Umgebung der Zellen zu einem Gleichgewicht zwischen Abgabe und Aufnahme.

Es ist leicht vorstellbar, dass dieser Mechanismus quasi automatisch zur ersten Bildung vielzelliger Organismen geführt hat. Siderophoren selbst sind ein beliebtes Untersuchungsobjekt der Komplexchemie geworden, da diese Proteine enorm effizient Eisen binden können. Das Fe3+-bindende FhuA-Protein aus E. coli hat z.B. eine Bindungskonstante von 1049. Das bekannteste Siderophor ist das Lactoferrin, das in der Milch dafür sorgt, dass der Säugling genügend Eisen erhält.

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