Pochodzenie teorii głównych komórek (Prokaryot i Eukaryota)

On Pochodzenie komórki pochodzi z więcej niż 3.500 milionów lat. Sposób, w jaki powstały te jednostki funkcjonalne, wzbudził ciekawość naukowców od kilku stuleci.

Pochodzenie życia jako taki Wino towarzyszy pochodzenie komórek. W prymitywnym środowisku warunki środowiskowe bardzo różniły się od tych, które zaobserwowaliśmy dzisiaj. Stężenie tlenu było praktycznie zerowe, aw atmosferze dominował inny skład gazu.

Źródło: Pixabay.com

Różne doświadczenia w laboratorium udowodniły, że w początkowych warunkach środowiskowych ziemi możliwe jest polimeryzację kilku cech charakterystycznych dla układów organicznych, a mianowicie: aminokwasy, cukry itp.

Cząsteczka o zdolności katalitycznej i do replikacji (potencjalnie RNA) można zablokować w błonie fosfolipidowej, tworząc pierwsze prymitywne komórki prokariotyczne, które ewoluowały zgodnie z zasadami darwinowskiej.

Podobnie, pochodzenie komórki eukariotycznej jest zwykle wyjaśniane przy użyciu teorii endosimbiotycznej. Pomysł ten potwierdza, że ​​duża bakteria połknęła mniejsze i z czasem powstało organelle, które znamy dzisiaj (chloroplasty i mitochondria).

[TOC]

Teoria komórki

Komórka Jest to termin pochodzi z łacińskiego korzenia Cellula, Co oznacza dziura. Są to funkcjonalne i strukturalne jednostki żywych istot. Termin ten został po raz pierwszy użyty w XVII wieku przez badacza Roberta Hooke'a, kiedy badał arkusz korka pod światłem mikroskopu i zaobserwował rodzaj komórek.

Z tym odkryciem więcej naukowców - podkreślając wkład Theodora Schwanna i Matthiasa Schleiden - było zainteresowanych mikroskopową strukturą żywej materii. W ten sposób rodzi się jeden z najważniejszych filarów biologii: teoria komórki.

Teoria twierdzi, że: (a) wszystkie istoty organiczne składają się z komórek; (b) komórki to jedność życia; (c) Reakcje chemiczne, które wspierają życie, występują w granicach komórki i (d) całe życie pochodzi z życia.

Ten ostatni postulat został podsumowany w słynnej frazie Rudolfa Virchow: „omnis cellula e cellula” - wszystkie komórki pochodzą z innych istniejących komórek. Ale skąd pochodzi pierwsza komórka? Następnie opiszemy główne teorie, które starają się wyjaśnić pochodzenie pierwszych struktur komórkowych.

Ewolucja komórki prokariotycznej

Pochodzenie życia jest zjawiskiem ściśle związanym z pochodzeniem komórek. Na Ziemi istnieją dwie komórkowe formy życia: prokarioty i eukarionty.

Obie linie różnią się zasadniczo pod względem ich złożoności i struktury, będąc organizmami eukariotycznymi większymi i złożonymi. Nie oznacza to, że prokarioty są proste - pojedyncza agencja prokariotyczna jest zorganizowaną i skomplikowaną aglomeracją różnych kompleksów molekularnych.

Może ci służyć: komórki ciemieniowe: cechy, histologia, funkcje, choroby

Ewolucja obu gałęzi życia jest jednym z najbardziej ekscytujących pytań w świecie biologii.

Chronologicznie szacuje się, że życie ma 3.500 do 3.800 milionów lat. Pojawiło się to około 750 milionów lat po utworzeniu gruntów.

Ewolucja pierwszych sposobów życia: eksperymenty Millera

Na początku lat dwudziestych pomysł, że organiczne makrocząsteczki mogą spontanicznie polimeryzować w warunkach środowiskowych prymitywnej atmosfery - o niskich stężeniach tlenu i wysokim stężeniu CO -koncentracji,₂ oraz n₂, Oprócz serii gazów takich jak H₂, H₂S i co.

Zakłada się, że hipotetyczna prymitywna atmosfera zapewniała środowisko redukujące, które wraz ze źródłem energii (takiego jak światło słoneczne lub porażenia elektryczne), położyły sprzyjające warunki polimeryzacji cząsteczek organicznych.

Teoria ta została eksperymentalnie potwierdzona w 1950 r. Przez badacza Stanleya Millera podczas studiów podyplomowych.

Potrzeba cząsteczki z właściwościami samoołagania i katalizy: świat RNA

Po określaniu niezbędnych warunków do tworzenia cząsteczek, które znajdujemy we wszystkich żywych istotach, konieczne jest nukleotydy w cząsteczce DNA.

Do tej pory najlepszym kandydatem do tej cząsteczki jest RNA. Dopiero w 1980 r. Naukowcy Sid Altman i Tom Cech odkryli możliwości katalityczne tego kwasu nukleinowego, w tym polimeryzację nukleotydów - krytyczny etap dla ewolucji życia i komórek.

Z tych powodów uważa się, że życie zaczęło wykorzystywać RNA jako materiał genetyczny, a nie DNA, ponieważ robią one zdecydowaną większość obecnych form.

Ograniczanie barier życia: fosfolipidy

Po uzyskaniu makrocząsteczek i cząsteczki zdolnej do przechowywania informacji i replikacji, konieczne jest istnienie membrany biologicznej, która określa granice między środowiskiem żyjącym i pozakomórkowym. Ewolucyjnie ten krok oznaczał pochodzenie pierwszych komórek.

Uważa się, że pierwsza komórka powstała z cząsteczki RNA, która była zamknięta przez błonę złożoną z fosfolipidów. Te ostatnie to cząsteczki amfipatyczne, co oznacza, że ​​porcja jest hydrofilowa (rozpuszczalna w wodzie), a pozostałe inne jest hydrofobowe (nie rozpuszczalne w wodzie).

Gdy fosfolipidy są rozpuszczane w wodzie, mają zdolność do dodawania spontanicznego i tworzenia dwuwarstwowej lipidowej. Głowy polarne są pogrupowane na środowisko wodne i hydrofobowe ogony w środku, w kontakcie ze sobą.

Może ci służyć: Basofils: Charakterystyka, morfologia, funkcje, choroby

Ta bariera jest stabilna termodynamicznie i tworzy przedział, który umożliwia oddzielenie komórki.

Wraz z upływem czasu RNA zablokowane wewnątrz błony lipidowej kontynuował swój kurs ewolucyjny po mechanizmach darwinowskich - dopóki nie przedstawią złożonych procesów, takich jak synteza białek.

Ewolucja metabolizmu

Po utworzeniu tych prymitywnych komórek rozpoczął się rozwój dróg metabolicznych. Najbardziej prawdopodobnym scenariuszem pochodzenia pierwszych komórek jest ocean, więc pierwsze komórki były w stanie uzyskać żywność i energię bezpośrednio z środowiska.

Kiedy żywność zaczęła się rzadko, niektóre warianty komórkowe powinny pojawiać się z alternatywnymi metodami uzyskiwania żywności i generowania energii, które pozwalają im kontynuować replikację.

Generowanie i kontrola metabolizmu komórek są niezbędne ze względu na ich ciągłość. W rzeczywistości główne szlaki metaboliczne są powszechnie zachowane wśród obecnych organizmów. Na przykład zarówno bakteria, jak i ssak wykonują glikolizę.

Zaproponowano, że wytwarzanie energii ewoluowało w trzech etapach, zaczynając od glikolizy, a następnie fotosyntezę i zakończeniem metabolizmu oksydacyjnego.

Ponieważ w prymitywnym środowisku brakowało tlenu, prawdopodobne jest, że pierwsze reakcje metaboliczne wydały z nim.

Euuchy Euchy Cell

Komórki były tylko prokariotami do około 1.500 milionów lat. Na tym etapie pierwsze komórki pojawiły się z prawdziwym rdzeniem i same organelle. Najwybitniejszą teorią w literaturze, która wyjaśnia ewolucję organelli, jest Teoria endosimbiotyczna (endo oznacza wewnętrzny).

Organizmy nie są izolowane w ich środowisku. Społeczności biologiczne mają wiele interakcji, zarówno antagoniści, jak i synergiści. Terminowy parasol używany do różnych interakcji to symbioza - Wcześniej używane tylko do wzajemnych relacji między dwoma gatunkami.

Interakcje między organizmami mają ważne konsekwencje ewolucyjne, a najbardziej dramatycznym przykładem tego faktu jest teoria endosimbiotyczna, która początkowo zaproponowała amerykańska badacza Lynn Margulis w latach 80.

Postulaty teorii endosimbiotycznej

Zgodnie z tą teorią niektóre eukarioty - takie jak chloroplasty i mitochondria - były początkowo prokariotycznymi organizacjami życia. W pewnym momencie ewolucji prokariota została pochłonięta przez większą, ale nie została strawiona. Zamiast tego przeżył i został złapany w największym ciele.

Oprócz przetrwania czasy reprodukcji między obiema organizmami zsynchronizowały się, udając się przejść do kolejnych pokoleń.

W przypadku chloroplastów organizm Engulf wykazywał wszystkie maszyny enzymatyczne do wykonania fotosyntezy, dostarczając największe ciało z produktami tych reakcji chemicznych: monosacharydy. W przypadku mitochondriów postuluje się, że prokaryot.

Może ci służyć: polisom

Jednak potencjalna tożsamość większego organizmu gospodarza jest otwartym pytaniem w literaturze.

Organizm prokariotyczny stracił ścianę komórkową, a w trakcie ewolucji doznał istotnych modyfikacji, które powstały nowoczesne organelle. Jest to w istocie teoria endosimbiotyczna.

Dowody teorii endosimbiotycznej

Obecnie istnieje wiele faktów, które wspierają teorię endosimbiozy, a mianowicie: (a) wielkość obecnych mitochondriów i chloroplastów jest podobna do wielkości prokariotów; (b) Te organelle mają własny materiał genetyczny i syntetyzują część białek, chociaż nie są całkowicie niezależne od jądra i (c) istnieje wiele podobieństw biochemicznych między obiema jednostkami biologicznymi.

Zalety bycia eukariotycznym

Ewolucja komórek eukariotycznych wiąże się z szeregiem zalet nad prokariotami. Wzrost wielkości, złożoność i podział na szybką ewolucję nowych funkcji biochemicznych.

Po przybyciu komórki eukariotycznej nadeszła wielokomórkowa. Jeśli komórka „chce” cieszyć się korzyściami z większego rozmiaru, nie może po prostu rosnąć, ponieważ powierzchnia komórki musi być duża w stosunku do swojej objętości.

Zatem organizmy z więcej niż jedną komórką udało się zwiększyć ich rozmiar i rozdzielić zadania między wieloma komórek, które je komponują.

Bibliografia

1. Altstein, a. D. (2015). Hipoteza progenu: świat nukleoprotein i sposób, w jaki zaczęło się życie. Biologia Direct, 10, 67.
2. Anderson, s. 1. W. (1983). Sugerowany model ewolucji prebiotycznej: stosowanie chaosu. Materiały z National Academy of Sciences, 80(11), 3386-3390.
3. Audesirk, t., Audesirk, g., I Byers, B. I. (2003). Biologia: życie na ziemi. Edukacja Pearsona.
4. Campbell, a. N., & Reece, J. B. (2005). biologia. Pan -american Medical Redaktorial.
5. Zakres, m. (2007). Biologia 1: Podejście konstruktywistyczne. Edukacja Pearsona.
6. Hogeweg, s. 1., & Takeuchi, n. (2003). Wybór wielopoziomowy w modelach ewolucji prebiotycznej: przedziały i samoorganizacja przestrzenna. Pochodzenie życia i ewolucja biosfery, 33(4-5), 375-403.
7. Lazcano, a., & Miller, s. L. (1996). Pochodzenie i wczesna ewolucja życia: chemia prebiotyczna, świat pre-RNA i czas. Komórka, 85(6), 793-798.
8. McKenney, k., & Alfonzo, j. (2016). Od prebiotyków po probiotyki: ewolucja i funkcje modyfikacji TRNA. Życie, 6(1), 13.
9. Schrum, J. P., Zhu, t. F., & Szostak, J. W. (2010). Początki życia komórkowego. Perspektywy Cold Spring Harbor w biologii, A002212.
10. Silvestre, zm. DO., & Fontanari, j. F. (2008). Modele opakowań i kryzys informacyjny ewolucji prebiotycznej. Journal of Theoretical Biology, 252(2), 326-337.
11. Stano, str., & Mavelli, f. (2015). Protookells Modele w pochodzeniu życia i biologii syntetycznej. Życie, 5(4), 1700-1702.