5.7: Evoluția eucariotelor
Evoluția eucariotelor
Celulele noastre eucariote protejează ADN-ul în cromozomi cu ajutorul unei membrane nucleare, produc ATP cu ajutorul mitocondriilor, se deplasează cu ajutorul unor flageli (în cazul spermatozoizilor) și se hrănesc cu celule care produc hrana noastră cu ajutorul cloroplastelor. Toate organismele pluricelulare și protitele unicelulare au în comun această complexitate celulară. Celulele bacteriene (procariote) sunt cu câteva ordine de mărime mai mici și nu au nimic din această complexitate. Ce salt cuantic în evoluție a creat această vastă prăpastie de diferență?
Primele celule eucariote – celule cu un nucleu și organite interne legate de membrană – au evoluat probabil în urmă cu aproximativ 2 miliarde de ani. Acest lucru este explicat de teoria endosimbiotică. După cum se arată în figura de mai jos, endosimbioza a apărut atunci când celulele mari au înghițit celule mici. Celulele mici nu au fost digerate de celulele mari. În schimb, ele au trăit în interiorul celulelor mari și au evoluat în organite.
De la celulă independentă la organite. Teoria endosimbiotică explică modul în care au evoluat celulele eucariote.
Celulele mari și cele mici au format o relație simbiotică în care ambele celule au beneficiat. Unele dintre celulele mici au fost capabile să descompună deșeurile celulei mari pentru a obține energie. Acestea furnizau energie nu numai pentru ele însele, ci și pentru celula mare. Acestea au devenit mitocondriile celulelor eucariote. Alte celule mici au fost capabile să folosească lumina soarelui pentru a produce hrană. Ele au împărțit hrana cu celula mare. Ele au devenit cloroplastele celulelor eucariote.
Mitocondriile și cloroplastele
Ce dovezi există pentru această cale evolutivă? Biochimia și microscopia electronică oferă un sprijin convingător. Mitocondriile și cloroplastele din cadrul celulelor noastre eucariote au în comun cu celulele procariote următoarele caracteristici:
- ADN-ul organitelor lor este scurt și circular, iar secvențele de ADN nu se potrivesc cu secvențele de ADN găsite în nucleu.
- Moleculele care alcătuiesc membranele organitelor se aseamănă cu cele din membranele procariote – și diferă de cele din membranele eucariote.
- Ribozomii din aceste organite sunt asemănători cu cei din ribozomii bacterieni și diferiți de ribozomii eucarioți.
- Reproducerea se face prin fisiune binară, nu prin mitoză.
- Cale și structuri biochimice arată relații mai apropiate cu procariotele.
- Două sau mai multe membrane înconjoară aceste organite.
Membrana celulei „gazdă” și biochimia sunt mai asemănătoare cu cele ale archaebacteriilor, astfel încât oamenii de știință cred că eucariotele descind mai direct din acest grup major (figura de mai jos). Momentul în care a avut loc acest eveniment evolutiv dramatic (mai degrabă o serie de evenimente) nu este clar. Cea mai veche fosilă înrudită în mod clar cu eucariotele moderne este o algă roșie care datează de acum 1,2 miliarde de ani. Cu toate acestea, mulți oameni de știință plasează apariția celulelor eucariote la aproximativ 2 miliarde de ani. Așadar, la un moment dat, în cadrul Eonului Proterozoic, toate cele trei grupuri majore de viață – Bacterii, Archaea și eucariote – au devenit bine stabilite.
Ce înseamnă toate acestea?
Celele eucariote, devenite posibile prin endosimbioză, erau puternice și eficiente. Această putere și eficiență le-a oferit potențialul de a evolua noi caracteristici: multicelularitate, specializare celulară și dimensiuni mari. Ele au fost cheia diversității spectaculoase de animale, plante și ciuperci care populează lumea noastră de astăzi. Cu toate acestea, în momentul în care încheiem istoria vieții timpurii, reflectați încă o dată asupra modelelor și proceselor remarcabile, dar adesea necunoscute, ale evoluției timpurii. Adesea, ca oameni, ne concentrăm atenția asupra plantelor și animalelor și ignorăm bacteriile. Simțurile noastre umane nu pot percepe în mod direct varietatea inimaginabilă a celulelor unice, arhitectura moleculelor organice sau complexitatea căilor biochimice. Permiteți ca studiul evoluției timpurii să vă ofere o nouă perspectivă – o fereastră către frumusețea și diversitatea lumilor nevăzute, acum și de-a lungul istoriei Pământului. În plus față de mitocondriile care numesc casa celor 100 de trilioane de celule ale dumneavoastră, corpul dumneavoastră conține mai multe celule bacteriene decât celule umane. Dumneavoastră, mitocondriile și bacteriile care vă locuiesc au strămoși comuni – o istorie continuă a darului vieții.
Cele trei domenii majore ale vieții au evoluat în urmă cu 1,5 miliarde de ani. Asemănările biochimice arată că eucariotele au strămoși comuni mai recenți cu Archaea, dar organitele noastre au coborât probabil din bacterii prin endosimbioză.
.