5.7: Eukaryoternas utveckling
Ekaryoternas utveckling
Våra egna eukaryota celler skyddar DNA i kromosomer med ett kärnmembran, tillverkar ATP med mitokondrier, förflyttar sig med flageller (när det gäller spermier) och livnär sig på celler som tillverkar vår mat med kloroplaster. Alla flercelliga organismer och de encelliga protisterna delar denna cellulära komplexitet. Bakterieceller (prokaryoter) är storleksordningar mindre och har inget av denna komplexitet. Vilket kvantsprång i evolutionen skapade denna enorma skillnad?
De första eukaryota cellerna – celler med en kärna och inre membranbundna organeller – utvecklades troligen för cirka 2 miljarder år sedan. Detta förklaras av den endosymbiotiska teorin. Som visas i figuren nedan kom endosymbiosen till stånd när stora celler slukade små celler. De små cellerna smältes inte av de stora cellerna. Istället levde de inom de stora cellerna och utvecklades till organeller.
Från oberoende cell till organell. Den endosymbiotiska teorin förklarar hur eukaryota celler utvecklades.
De stora och små cellerna bildade ett symbiotiskt förhållande där båda cellerna gynnades. Vissa av de små cellerna kunde bryta ner den stora cellens avfall för att få energi. De tillförde energi inte bara till sig själva utan även till den stora cellen. De blev mitokondrier i eukaryota celler. Andra små celler kunde använda solljus för att göra mat. De delade maten med den stora cellen. De blev kloroplasterna i eukaryota celler.
Mitokondrier och kloroplaster
Vad är bevisen för denna utvecklingsväg? Biokemi och elektronmikroskopi ger övertygande stöd. Mitokondrierna och kloroplasterna i våra eukaryota celler delar följande egenskaper med prokaryota celler:
- Det organella DNA:t är kort och cirkulärt, och DNA-sekvenserna stämmer inte överens med DNA-sekvenser som finns i kärnan.
- Molekylerna som utgör organellmembranen liknar dem i prokaryotiska membran – och skiljer sig från dem i eukaryotiska membran.
- Ribosomer i dessa organeller liknar dem i bakteriella ribosomer, och skiljer sig från eukaryotiska ribosomer.
- Reproduktion sker genom binär fission, inte genom mitos.
- Biokemiska vägar och strukturer visar närmare släktskap med prokaryoter.
- Två eller fler membraner omger dessa organeller.
”Värdcellens” membran och biokemi liknar mer de som finns hos arkeobakterier, så forskarna tror att eukaryoter härstammar mer direkt från den huvudgruppen (figur nedan). Tidpunkten för denna dramatiska evolutionära händelse (snarare en serie händelser) är inte klarlagd. Det äldsta fossilet som är tydligt relaterat till moderna eukaryoter är en rödalg som härstammar från 1,2 miljarder år sedan. Många forskare placerar dock uppkomsten av eukaryota celler vid cirka 2 miljarder år. Någon gång under den proterozoiska eon blev alltså alla tre stora grupper av liv – bakterier, arkéer och eukaryoter – väl etablerade.
Vad betyder allt detta?
Eukaryotiska celler, som möjliggjordes genom endosymbiosen, var kraftfulla och effektiva. Denna kraft och effektivitet gav dem möjlighet att utveckla nya egenskaper: flercellighet, cellspecialisering och stor storlek. De var nyckeln till den spektakulära mångfalden av djur, växter och svampar som befolkar vår värld idag. När vi nu avslutar historien om det tidiga livet bör vi ändå reflektera ännu en gång över de anmärkningsvärda men ofta osynliga mönstren och processerna i den tidiga evolutionen. Som människor fokuserar vi ofta vår uppmärksamhet på växter och djur och ignorerar bakterier. Våra mänskliga sinnen kan inte direkt uppfatta den ofattbara mångfalden av enskilda celler, de organiska molekylernas uppbyggnad eller de biokemiska vägarnas komplexitet. Låt din studie av tidig evolution ge dig ett nytt perspektiv – ett fönster till skönheten och mångfalden i osynliga världar, nu och under hela jordens historia. Förutom de mitokondrier som är hemvist i dina 100 biljoner celler innehåller din kropp fler bakterieceller än mänskliga celler. Du, mitokondrierna och de bakterier som bor i din kropp har ett gemensamt ursprung – en kontinuerlig historia av livets gåva.
De tre stora livsområdena hade utvecklats för 1,5 miljarder år sedan. Biokemiska likheter visar att eukaryoter har gemensamma förfäder med arkéerna, men våra organeller härstammar troligen från bakterier genom endosymbios.