Historia teorii endosimbiotycznej, co proponuje, przykłady

Teoria endosimbiotyczna Oendosimbiosis (endo, wewnątrz i symbioza, żyć razem) podnosi pochodzenie różnych organelli obecnych w eukariotach z symbiotycznych relacji między rodowymi prokariotami.

W tym związku prokaryota została pochłonięta przez większy rozmiar. Ostatecznie najmniejszy organizm nie został strawiony, ale przeżył i został włączony do cytoplazmy swojego gościa.

Teoria endosimbiotyczna ma na celu wyjaśnienie pochodzenia organelli eukariotycznych, takich jak chloroplasty. Źródło: Pixabay.com

Aby wystąpić ciągłość ewolucyjna, oba organizmy musiały mieć podobne czasy replikacji. Konsekwencją zsynchronizowanego podziału jest to, że potomkowie gościa zawierali organizm symbion.

Zatem proponuje się, aby chloroplasty są wynikiem endosimbiozy między organizmem heterotroficznym a sinicą, która z czasem stała się plastidium. Podobnie spekuluje się, że mitochondria mają swoje ewolucyjne pochodzenie w grupie Alpha-Proteobacteria.

Chociaż pomysły te zaczęły trenować w umysłach kilku naukowców XIX wieku, został wznowiony, zmodyfikowany i odpowiednio wspierany w połowie lat 60. przez Lynn Margulis.

Niektóre dowody tej teorii to podobieństwo między organellesami i bakteriami pod względem wielkości, organizacji genomu, struktury rybosomów i homologii molekularnej.

[TOC]

Historia

1900-1920: Wkład Meschkowsky, Portier i Walien

W przypadku większości biologów teoria endosimbiotyczna jest natychmiast powiązana z Lynn Margulis. Jednak kilku naukowców przed Margulis zaproponowało początkowe hipotezy w celu wyjaśnienia pochodzenia organelli eukariotycznych.

Pierwsze pomysły związane z teoriami endosimbiotycznymi są przypisywane rosyjskiemu botanikowi Constantin Mereschkowsky, który opisał pochodzenie plastydów (organelle roślin, które zawierają chloroplasty, chromoplasty, amyloplast, między innymi) w 1905 r.

Podejście tego autora zasadniczo składa się z symbiotycznego wydarzenia między „zredukowaną” sinicą a gościem. Podczas gdy myśl naukowca Mereschkowsky była na razie innowacyjna, nie wyjaśnił pochodzenia innych organelli eukariotycznych.

W 1918 roku francuski biolog Paul Porier zauważył pewne podobieństwo między bakteriami a mitochondriami. Chociaż pomysły były na dobrej drodze, autor zaproponował uprawę mitochondriów poza komórkami, metodologię, która została odrzucona przez jego kolegów.

W połowie lat dwudziestych pochodzenie mitochondriów zostało rozszerzone przez biologa z Stanów Zjednoczonych Ivana Wallina, który był przekonany, że te organelle były potomkami organizmów prokariotycznych.

Niestety, Wallin nie znalazł prawdopodobnego mechanizmu podniesionej transformacji, więc teoria endosimbiotyczna została zapomniana przez kilka lat.

1960: Wkład Lynn Margulis

Dopiero w latach 60. XX wieku, kiedy młody badacz z Boston University o imieniu Lynn Margulis proponuje teorię endosimbiotyczną w dość solidnej, opartej na dowodach cytologicznych, biochemii i paleontologicznych.

Może ci podać: czekoladowy agar

Obecnie teoria endosimbiotyczna jest akceptowana normalnie, ale w czasach Margulis ich pomysły były traktowane z wyraźnym sceptycyzmem - co spowodowało odrzucenie ich pracy dla ponad 15 czasopism naukowych.

Co proponuje teorię endosimbiotyczną?

Pochodzenie pierwszej komórki prokariotycznej pochodzi z ponad 3.5 miliardów lat i pozostał w ten sposób przez około 1.Dodatkowe 5 miliardów lat. Po tym okresie czasowym przypuszczano, że pojawiły się pierwsze komórki eukariotyczne, zidentyfikowane przez ich złożoność, obecność rdzenia i organelli.

W biologii jednym z najważniejszych tematów jest pochodzenie i ewolucja komórki eukariotycznej oraz jedną z teorii, która ma na celu wyjaśnienie, jest teoria endosimbiotyczna.

To proponuje pochodzenie organelli z zdarzeń symbiozy między rodowymi organizmami prokariotycznymi, które z czasem zostały zintegrowane, a ogarnione ciało zostało zmniejszone i stało się składnikiem cytoplazmatycznym największych z największych.

Jedną z konsekwencji teorii endosimbiotycznej jest poziome przeniesienie genów wśród organizmów prokariotycznych zaangażowanych w skojarzenie symbiotyczne, od nowej „organelle” po genom nuklearny gospodarza.

Dowód

Następnie przedstawimy serię ogólnych dowodów potwierdzających teorię endosimbiotyczną:

Rozmiar

Rozmiar eukariotów (Call Chloroplasts lub Mitochondria) jest dość podobny do rozmiaru obecnych organizmów bakteryjnych.

Rybosomy

Jedna z najbardziej uznanych różnic między eukariotami i prokariotami znajduje się w wielkości dużych i małych podjednostek, które tworzą rybosomy - strukturalne zaangażowane w syntezę białka.

Chloroplasty i mitochondria mają w środku rybosomy, które wykazują cechy rybosomów opisane w Eubakterie.

Materiał genetyczny

Zarówno chloroplasty, jak i mitochondria charakteryzują się przedstawianiem własnego okrągłego genomu - jako organizmów prokariotycznych.

Genom mitochondriów

Genom mitochondriów powstaje genów kodujących niewielką liczbę rybosomalnych RNA i przenoszących RNA, które biorą udział w syntezie danych białek organelle.

Zdecydowana większość białek strukturalnych i enzymów mitochondrialnych jest kodowana przez geny przebywające w jądrowym materiale genetycznym.

Organizacja genomu mitochondrialnego różni się znacznie między liniami eukariotycznymi. Na przykład u człowieka genom mitochondrialny jest cząsteczką kołową, która mieści około 16.569 pary zasad, które kodują dla dwóch rybosomalnych RNA, 22 RNA i tylko 13 białek.

Genom chloroplastowy

W przeciwieństwie do genomu mitochondrialnego, chloroplastów w nieco większej i zawiera niezbędną informację do syntezy około 120 białek.

Może ci służyć: hydrolazy: struktura, funkcje, przykłady

Konsekwencje genomu organelli

Szczególny tryb podziału chloroplastów i mitochondriów pokazuje wzór nieMendelski. To znaczy, reprodukcja występuje poprzez jego rozmnażanie (jak w bakteriach), a nie przez syntezę komórkową Novo.

Zjawisko to występuje z powodu istnienia unikalnego materiału genetycznego, którego nie znajdujemy w rdzeniu komórki. Mitochondria są dziedziczone przez linię matki, aw zdecydowanej większości roślin o reprodukcji płciowej chloroplasty są przyczyniane do zygoty w tworzeniu przez roślinę matki.

Homologie molekularne

Dzięki sekwencjonowaniu genów to dowód.

Sekwencje DNA mitochondriów są wyraźnie podobne do sekwencji znalezionych w określonej grupie bakterii zwanych alfa-proteobakterią. Dowody te wskazują, że możliwy organizm, który uczestniczył w wydarzeniu endosimbiotycznym, był przodkiem alfa-antestralny.

W przeciwieństwie do tego, sekwencje chloroplastów wydają się ściśle związane z cyjanobakterią, grupą eubakterii z maszynami enzymatycznymi niezbędnymi do przeprowadzenia reakcji fotosyntetycznych.

Pochodzenie mitochondriów

Obecne mitochondria mogły wyłonić się przez zdarzenie, które wystąpiło między 1 a 1.5 miliardów lat, w których duża komórka beztlenowa pochłonęła mniejsze bakterie tlenowe, z enzymatyczną maszyną niezbędną do fosforylacji oksydacyjnej.

Ciało aerobowe zapewniło swojemu gościowi możliwość generowania większej liczby ATP dla każdej zdegradowanej cząsteczki organicznej.

Ponieważ teoria endosimbiotyczna zdobyła akceptację w społeczności naukowej, taksonomiczna tożsamość organizmów rodowych zaangażowanych w symbiozę była trudna.

Dzisiaj pomysł, że duży gość był archea, a organizmy pochłonięte (jak wspomniano wcześniej), były alfa -proteobakterie - chociaż niektóre warianty teorii proponują bakterie beztlenowe, ponieważ istnieje kilka beztlenowych form mitochondrii, takich jak wodorosomy.

Pochodzenie plastidos

Pochodzenie pierwotnych plastydów

Chociaż pod koniec lat 60. teoria symbiotyczna była poparta solidnymi dowodami z wielu dziedzin biologii, dopiero w latach 90. XX wieku, kiedy szybkie postępy w technikach sekwencjonowania i przetwarzania bioinformatycznego wykazują dowody na poziomie molekularnym.

Badania porównawcze oparte na zarządzaniu filogenią molekularną. Ponadto wykazali transfer genów z genomu endosimbiontu do genomu jądrowego gospodarza.

Może ci służyć: agar m.R.S: Co to jest, podkład, przygotowanie, użycie

Szacuje się, że ustanowienie pierwszych plastydów nastąpiło 1.5 miliardów lat, chociaż liczba tymczasowa pozostaje kontrowersyjna wśród naukowców.

Pochodzenie wtórnych plastydów

Chociaż ustanowienie rodowych siniaków w prokariotycznym goście wyjaśnia pochodzenie pierwotnych plastydów, historia ewolucyjna staje się złożona, gdy stara się wyjaśnić pochodzenie wtórnych tworzyw sztucznych, które znajdujemy w niektórych organizmach fotosyntetycznych.

Te wtórne plastry charakteryzują się obecnością dodatkowych membran, czyli jednej lub dwóch membran Dodatkowe funkcje do dwóch membran, które zwykle otaczają organelle. Ta liczba membran komplikuje interpretację, ponieważ jeśli przodka prokaryota świń, sinica nie uzyska trzech lub czterech błon.

Dlatego genialną reakcją na ten problem ewolucyjny było zaproponowanie wielu zdarzeń endosimbiozy. W tym kontekście komórka roślinna z istniejącym plastidium została pochłonięta przez drugiego gościa i ostatecznie zredukowana do plastydium.

W niektórych przypadkach pojawia się trzecie zdarzenie endosimbiotyczne. Liczba symbiozy i natura gospodarza są omówione w literaturze, chociaż istnieją dowody empiryczne, które potwierdzają ideę wielu zdarzeń endosimbiozy.

Bibliografia

1. Anderson, s. 1. W. (1983). Sugerowany model ewolucji prebiotycznej: stosowanie chaosu. Materiały z National Academy of Sciences, 80(11), 3386-3390.
2. Audesirk, t., Audesirk, g., I Byers, B. I. (2003). Biologia: życie na ziemi. Edukacja Pearsona.
3. Campbell, a. N., & Reece, J. B. (2005). biologia. Pan -american Medical Redaktorial.
4. Chan, c. X. & Bhattacharya, D. (2010) Pochodzenie plastydów. Nature Education 3 (9): 84.
5. Zakres, m. (2007). Biologia 1: Podejście konstruktywistyczne. Edukacja Pearsona.
6. Gray, m. W. (2017). Lynn Margulis i hipoteza endosymbionnt: 50 lat później. Biologia komórki molekularnej, 28(10), 1285-1287.
7. 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.
8. Lane, n. (2017). Seryjna endosymbioza lub zdarzenie pojedyncze u pochodzenia eukariotów?. Journal of Theoretical Biology, 434, 58-67.
9. Lazcano, a., & Miller, s. L. (1996). Pochodzenie i wczesna ewolucja życia: chemia prebiotyczna, świat pre-RNA i czas. Komórka, 85(6), 793-798.
10. Margulis, L. (2004). Teoria endosymbiotyczna (zestaw) i złożony indywidualność szeregowy. Mikrobiologia dzisiaj, 31(4), 172-175.
11. Schrum, J. P., Zhu, t. F., & Szostak, J. W. (2010). Początki życia komórkowego. Perspektywy Cold Spring Harbor w biologii, A002212.
12. Stano, str., & Mavelli, f. (2015). Protookells Modele w pochodzeniu życia i biologii syntetycznej. Życie, 5(4), 1700-1702.