5.7: Evoluce eukaryot
Evoluce eukaryot
Naše vlastní eukaryotické buňky chrání DNA v chromozomech pomocí jaderné membrány, vyrábějí ATP pomocí mitochondrií, pohybují se pomocí bičíků (v případě spermií) a živí se buňkami, které vyrábějí naši potravu pomocí chloroplastů. Tuto buněčnou složitost sdílejí všechny mnohobuněčné organismy i jednobuněční protinožci. Bakteriální (prokaryotické) buňky jsou řádově menší a nemají nic z této složitosti. Jaký kvantový skok v evoluci vytvořil tuto obrovskou propastnou odlišnost?
První eukaryotické buňky – buňky s jádrem a vnitřními organelami vázanými na membránu – se pravděpodobně vyvinuly asi před 2 miliardami let. To vysvětluje endosymbiotická teorie. Jak ukazuje obrázek níže, endosymbióza vznikla tak, že velké buňky pohltily malé buňky. Malé buňky nebyly velkými buňkami stráveny. Místo toho žily uvnitř velkých buněk a vyvinuly se v organely.
Z nezávislé buňky na organelu. Endosymbiotická teorie vysvětluje, jak se vyvinuly eukaryotické buňky.
Velké a malé buňky vytvořily symbiotický vztah, ze kterého měly prospěch obě buňky. Některé malé buňky dokázaly rozkládat odpadní látky velké buňky, aby získaly energii. Dodávaly tak energii nejen sobě, ale i velké buňce. Staly se z nich mitochondrie eukaryotických buněk. Jiné malé buňky dokázaly využívat sluneční světlo k výrobě potravy. O potravu se dělily s velkou buňkou. Staly se z nich chloroplasty eukaryotických buněk.
Mitochondrie a chloroplasty
Jaké jsou důkazy této evoluční cesty? Biochemie a elektronová mikroskopie poskytují přesvědčivou podporu. Mitochondrie a chloroplasty v našich eukaryotických buňkách mají s prokaryotickými buňkami společné následující rysy:
- Jejich organelová DNA je krátká a kruhová a sekvence DNA se neshodují se sekvencemi DNA nalezenými v jádře.
- Molekuly, které tvoří membrány organel, se podobají těm v prokaryotických membránách – a liší se od těch v eukaryotických membránách.
- Ribosomy v těchto organelách jsou podobné ribosomům bakterií a liší se od ribosomů eukaryotických.
- Reprodukce probíhá binárním dělením, nikoliv mitózou.
- Biochemické dráhy a struktury ukazují bližší příbuznost s prokaryoty.
- Dvě nebo více membrán obklopují tyto organely.
„Hostitelská“ buněčná membrána a biochemie se více podobají membránám a biochemii archeobakterií, proto se vědci domnívají, že eukaryota pocházejí spíše přímo z této hlavní skupiny (obrázek níže). Načasování této dramatické evoluční události (spíše série událostí) není jasné. Nejstarší fosílií jasně příbuznou moderním eukaryotům je červená řasa z doby před 1,2 miliardy let. Mnoho vědců však klade vznik eukaryotických buněk do doby před přibližně 2 miliardami let. Někdy v průběhu proterozoického eonu se tedy ustálily všechny tři hlavní skupiny života – bakterie, archea a eukaryota.
Co to všechno znamená?
Eukaryotické buňky, umožněné endosymbiózou, byly výkonné a efektivní. Tato síla a efektivita jim poskytla potenciál vyvinout nové vlastnosti: mnohobuněčnost, buněčnou specializaci a velkou velikost. Byly klíčem k velkolepé rozmanitosti živočichů, rostlin a hub, které dnes obývají náš svět. Přesto se při uzavírání historie raného života ještě jednou zamyslete nad pozoruhodnými, ale často neopěvovanými zákonitostmi a procesy rané evoluce. Jako lidé často zaměřujeme svou pozornost na rostliny a živočichy a bakterie ignorujeme. Naše lidské smysly nemohou přímo vnímat nepředstavitelnou rozmanitost jednotlivých buněk, architekturu organických molekul nebo složitost biochemických drah. Dovolte, aby vám studium rané evoluce poskytlo novou perspektivu – okno do krásy a rozmanitosti neviditelných světů, nyní i v průběhu historie Země. Kromě mitochondrií, které nazývají domovem vašich 100 bilionů buněk, obsahuje vaše tělo více bakteriálních buněk než lidských. Vy, mitochondrie a bakterie, které jsou vašimi obyvateli, sdílíte společné předky – nepřetržitou historii daru života.
Tři hlavní oblasti života se vyvinuly před 1,5 miliardy let. Biochemické podobnosti ukazují, že eukaryota sdílela s archei nedávné společné předky, ale naše organely pravděpodobně pocházely z bakterií prostřednictvím endosymbiózy.