5.7: Az eukarióták fejlődése
Az eukarióták fejlődése
A saját eukarióta sejtjeink a kromoszómákban lévő DNS-t magmembránnal védik, a mitokondriumokkal ATP-t állítanak elő, flagellákkal mozognak (a spermiumok esetében), és kloroplasztiszokkal táplálkoznak a táplálékunkat előállító sejtekkel. Minden többsejtű élőlény és az egysejtű protisták osztoznak ebben a sejtes bonyolultságban. A bakteriális (prokarióta) sejtek nagyságrendekkel kisebbek, és nem rendelkeznek ilyen bonyolultsággal. Milyen evolúciós kvantumugrás hozta létre ezt a hatalmas különbségeket?
Az első eukarióta sejtek – sejtmaggal és belső, membránhoz kötött szervezettel rendelkező sejtek – valószínűleg körülbelül 2 milliárd évvel ezelőtt alakultak ki. Ezt az endoszimbiózis elmélettel magyarázzák. Ahogy az alábbi ábrán látható, az endoszimbiózis akkor jött létre, amikor a nagy sejtek elnyelték a kis sejteket. A kis sejteket a nagy sejtek nem emésztették meg. Ehelyett a nagy sejtekben éltek, és organellákká fejlődtek.
From Independent Cell to Organelle. Az endoszimbiózis elmélet megmagyarázza, hogyan fejlődtek ki az eukarióta sejtek.
A nagy és a kis sejtek szimbiózisos kapcsolatot alakítottak ki, amelyben mindkét sejt hasznot húzott. A kis sejtek egy része képes volt lebontani a nagy sejt hulladékát, hogy energiát nyerjen belőle. Nemcsak saját maguknak, hanem a nagy sejtnek is energiát szolgáltattak. Ezek lettek az eukarióta sejtek mitokondriumai. Más kis sejtek képesek voltak a napfényt táplálék előállítására használni. A táplálékot megosztották a nagysejttel. Ezekből lettek az eukarióta sejtek kloroplasztiszai.
Mitokondriumok és kloroplasztiszok
Mi a bizonyíték erre az evolúciós útra? A biokémia és az elektronmikroszkópia meggyőzően alátámasztja. Az eukarióta sejtjeinkben található mitokondriumok és kloroplasztiszok a következő tulajdonságokban hasonlítanak a prokarióta sejtekhez:
- A szervezeteik DNS-e rövid és körkörös, és a DNS-szekvenciák nem egyeznek a sejtmagban található DNS-szekvenciákkal.
- A szervsejtek membránjait alkotó molekulák hasonlítanak a prokarióta membránokéhoz – és különböznek az eukarióta membránoktól.
- A szervsejtek riboszómái hasonlóak a bakteriális riboszómákéhoz, és különböznek az eukarióta riboszómáktól.
- A szaporodás bináris hasadással történik, nem pedig mitózissal.
- A biokémiai útvonalak és szerkezetek szorosabb rokonságot mutatnak a prokariótákkal.
- Két vagy több membrán veszi körül ezeket az organellákat.
A “gazdasejt” membránja és biokémiája jobban hasonlít az archaebaktériumokéhoz, ezért a tudósok szerint az eukarióták inkább közvetlenül ettől a főcsoporttól származnak (alábbi ábra). Ennek a drámai evolúciós eseménynek (inkább egy eseménysorozatnak) az időzítése nem világos. A modern eukariótákkal egyértelműen rokonságban álló legrégebbi fosszília egy 1,2 milliárd évvel ezelőtti vörös alga. Sok tudós azonban az eukarióta sejtek megjelenését körülbelül 2 milliárd évre teszi. Valamikor a proterozoikum eonjában tehát az élet mindhárom nagy csoportja – a baktériumok, az archaea és az eukarióták – kialakult.
Mit jelent mindez?
Az endoszimbiózis által lehetővé tett eukarióta sejtek erősek és hatékonyak voltak. Ez az erő és hatékonyság adta meg számukra a lehetőséget, hogy új tulajdonságokat fejlesszenek ki: a többsejtűséget, a sejtspecializációt és a nagy méreteket. Ez volt a kulcsa a mai világunkat benépesítő állatok, növények és gombák látványos sokféleségének. Mindazonáltal, ahogy lezárjuk a korai élet történetét, gondolkodjunk el még egyszer a korai evolúció figyelemre méltó, de gyakran meg nem énekelt mintáin és folyamatain. Emberként gyakran a növényekre és az állatokra összpontosítjuk figyelmünket, és figyelmen kívül hagyjuk a baktériumokat. Emberi érzékszerveink nem képesek közvetlenül érzékelni az egyes sejtek elképzelhetetlen sokféleségét, a szerves molekulák felépítését vagy a biokémiai útvonalak bonyolultságát. Hagyd, hogy a korai evolúció tanulmányozása új perspektívát adjon neked – egy ablakot a láthatatlan világok szépségére és sokszínűségére, most és a Föld történelme során. A 100 trillió sejted otthonául szolgáló mitokondriumokon kívül a testedben több baktériumsejt található, mint emberi sejt. Ön, a mitokondriumok és az Önben lakó baktériumok közös ősökkel rendelkeznek – az élet ajándékának folyamatos története.
Az élet három fő területe 1,5 milliárd évvel ezelőttre fejlődött ki. A biokémiai hasonlóságok azt mutatják, hogy az eukariótáknak újabb közös őseik vannak az archeákkal, de a mi szervezeteink valószínűleg endoszimbiózis révén a baktériumoktól származnak.