Jak opisaliśmy w poście o początkach życia, prokarionty (komórki bez jądra komórkowego) [1] były pierwszymi żywymi organizmami na Ziemi. Podczas biegu ewolucji pojawiły się również eukarionty (komórki z jądrem komórkowym). Wiele teorii próbowało wyjaśnić powstanie tych dwóch typów komórek, które wydaję się tak różne na pierwszy rzut oka. Aktualnie uznana przez środowisko naukowe teoria jest nazywana “Teorią Endosymbiozy” [2], i opisuje ona powstanie komórek jądrowych i ich możliwe chimeryczne pochodzenie.
Główne różnice pomiędzy komórką eukariotyczną (jądrową, po lewej) i prokariotyczną (bezjądrową, po prawej).
Pojęcie endosymbiozy
Zanim zagłębimy się we wspomnianej teorii, należy wyjaśnić pojęcie endosymbiozy. Słowo “endosymbioza” składa się z przedrostka endo-, co oznacza “w środku”, oraz ze słowa “symbioza”, które opisuje obopólnie korzystną relację między dwoma organizmami. Możemy znaleźć wiele przykładów takich relacji, na przykład wśród porostów: jest to symbiotyczny związek pomiędzy grzybem i algą (glonem) [3]. W przypadku endoszmbiozy, jest to interakcja, gdzie jeden organizm żyje wewnątrz drugiego (ten drugi jest określany jako “żywiciel”, lub po angielsku jako host = “gospodarz”). W tej relacji oba organizmy są od siebie zależne, to znaczy że współpracują, ale również są jeden dla drugiego niezbędne.
Teoria endosymbiozy
Pojęcie endosymbiozy jest podstawą do zrozumienia teorii endosymbiozy. Nie tylko już częściowo wyjaśnia ono jak powstały komórki eukariotyczne, ale również genezę dwóch specjalnych struktur: mitochondrii (obecnych we wszystkich eukariontach) i chloroplastów (charakterystycznych dla roślin). Te struktury, będące “organellami” (lub komorami, przedziałami w komórce) [4]. początkowo były komórkami bezjądrowymi, które zostały wchłonięte przez przodków komórek jądrowych. Wchłonięcie przez inną komórkę zwykle nie jest “bezbolesne”, jako że zwykle oznacza to bycie posiłkiem. Zwykle wchłonięte organizmy zostają strawione. Jednak, może się zdarzyć, że wchłonięta komórka nie zostaje zniszczona, i zaczyna żyć wewnątrz drapieżnika, który w staje się żywicielem. W przypadku eukariotów, wchłonięta komórka straciła niezależność od żywiciela i ostatecznie przekształciła się w organelle komórkowe. Zgodnie z teorią endosymbiozy, takie wydarzenie miało miejsce dwa razy wśród przodków eukariotów. Pierwsza endosymbioza doprowadziła do powstania mitochondriów, obecnych u wszystkich komórek eukariotycznych. Druga, charakterystyczna dla roślin, doprowadziła do powstania chloroplastów.
Endosymbioza prowadzi do powstania komórek jądrowych
- Zagłębienia w membranie “komórki-przodka” prowadzą do powstania różnych przestrzeni komórkowych, np. jądro komórkowe i siateczkę śródplazmatyczną.
- Podczas pierwszej endosymbiozy, przodek komórki eukariotycznej pochłoną bakterię tlenową, która przekształciła się w mitochondrium.
- Podczas drugiej endosymbiozy, wczesna komórka jądrowa wchłonęła bakterię bakterię fotosyntetyczną, która przekształciła się w chloroplast.
Argumenty “za”
Jest wiele argumentów wspierających teorię endosymbiotyczną [5]. Jednak nadal warto podkreślić, że teorie naukowe czasami nie mogą być udowodnione bezpośrednio, ale charakteryzują się wieloma wskazówkami, które przesądzają o słuszności teorii. Z tego powodu teoria nie może nigdy być uważana za prawdę absolutną, jest to raczej najbliższe prawdzie wyobrażenie (na przykład teoria ewolucji).
Pierwszy argument za teoria endosymbiotyczną, to fakt że mitochondria i chloroplasty zawierają DNA bardzo zbliżone do tego w komórkach bezjądrowych. Co więcej, niektóre z tych struktur są w stanie tworzyć własne białka, tak jak robiłaby to niezależna komórka. To są jedyne dwie organelle, które są w stanie produkować białka na podstawie własnego DNA.
Drugi argument można jest oparty na rozmiarach tych organelli; mają podobne rozmiary do prokariotów, z którymi są również genetycznie spokrewnione. Generalnie, komórki prokariotyczne są dużo mniejsze niż eukariotyczne, jest więc możliwe, że były regularnie zjadane przez przodków eukariotów jako źródło pożywienia.
Trzeci argument opiera się na podziale organelli. Są różne typy podziałów komórkowych. Mitochondria i chloroplasty dzielą się przez podział, tak jak prokariota [6], w przeciwieństwie do eukariotów, które dzielą się mitotyczne [7].
Typy podziałów komórkowych
Jeśli spojrzymy na membranę komórkową (barierę która odgradza komórkę od środowiska zewnętrznego i tworzy podziały wewnątrz niej) tych organelli, możemy zauważyć kolejną osobliwość. Ta bariera jest złożona z dwóch membran, co może być dowodem, że jej przodek był bakterią, jak zilustrowano poniżej:
Fagocytoza to proces pozawalający komórkom zjadać inne komórki
Korzyści i wspólny zysk?
Pomimo przedstawionych argumentów, teoria endosymbiozy może nadal wydawać się zaskakująca. Jakie korzyści mogą płynąć z wytworzenia relacji z organizmem, który miał być tylko posiłkiem? Przede wszystkim, należy podkreślić jak rzadkie i przypadkowe były (lub są) takie zdarzenia. Następnie nie wolno zapomnieć, że mitochondria i chloroplasty pozwalają komórkom jądrowym wytwarzać energię. Co więcej, możliwe że wchłonięte komórki zdołały “przekonać” żywiciela aby je zatrzymał, w zamian za dostarczanie mu energii. Jeśli chodzi o korzyści dla wchłoniętej komórki, to ma ona zapewnioną ochronę, co jest zdecydowanie korzystne. Wzajemne korzyści mogły doprowadzić do zachowania takiej symbiotycznej relacji w toku ewolucji, aż do moment gdy dwa organizmy sały się jednym.
Jeśli chcesz zobaczyć video z dodatkowymi informacjami, kliknij w link:
https://www.youtube.com/watch?v=FGnS-Xk0ZqU
Źródłospis:
1. https://fr.wikipedia.org/wiki/Prokaryota
2. https://fr.wikipedia.org/wiki/Endosymbiose
3. https://fr.wikipedia.org/wiki/Lichen
4. https://fr.wikipedia.org/wiki/Organite
5. https://sciencing.com/bacteria-life-cycle-12211284.html
