• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Energia niezbędna do ewolucji złożonych form życia

    04.11.2010. 17:17
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Naukowcy z Niemiec i Wlk. Brytanii wysunęli nową, radykalną teorię na temat ewolucji złożonych form życia, sugerując jej uzależnienie od mitochondriów, malutkich elektrowni występujących w komórkach jądrowców, do których należą wszystkie złożone formy życia na naszej planecie, w tym zwierzęta, rośliny, grzyby i glony. Badania, których wyniki zostały niedawno zaprezentowane w czasopiśmie Nature, zostały dofinansowane w części ze środków unijnych.

    Naukowcy od dawna byli przekonani, że ewolucja jądra jest kluczem do złożonej formy życia. Natomiast dr Nick Lane z University College w Londynie (UCL) w Wlk. Brytanii i dr William Martin z Uniwersytetu w Dusseldorfie w Niemczech są przekonani, że to mitochondria odegrały kluczową rolę w pojawianiu się złożonych innowacji, takich jak jądro, z uwagi na pełnioną przez nie funkcję źródła energii komórki.

    "Podstawowe zasady są uniwersalne" - zauważa dr Lane z Wydziału Genetyki, Ewolucji i Środowiska UCL. "Energia jest niezbędna, nawet w sferze ewolucyjnych wynalazków. Nawet przybysze z kosmosu będą potrzebować mitochondriów."

    Zdaniem dr Lane'a to odkrycie "obala tradycyjny pogląd, że przejście w złożone komórki eukariotyczne wymagało jedynie odpowiedniego rodzaju mutacji", wskazując że ewolucja z prostych prokariota, takich jak bakterie, "wymagało tak naprawdę swoistego rodzaju rewolucji przemysłowej pod względem produkcji energii".

    Dr Lane wyjaśnia, że na poziomie komórkowym, ludzie mają znacznie więcej wspólnego z grzybami, magnoliami i nagietkami niż z bakteriami, ponieważ mamy wspólne komórki z wyspecjalizowanymi komorami, wśród których można wyróżnić centrum informacyjne, jądro i mitochondria. Wszystkie te jądrowce mają wspólnego przodka, który pojawił się zaledwie raz w ciągu 4 miliardów lat ewolucji.

    Naukowcy zademonstrowali, w jaki sposób jądrowce gromadzą dodatkowe geny i białka, podczas gdy bakterie nie kłopoczą się tym. Koncentrując się na energii dostępnej dla każdego genu, naukowcy wykazali, że średnia komórka eukariotyczna może utrzymać aż 200.000 razy więcej genów niż bakterie.

    "To zapewnia jądrowcom surowiec, który pozwala im gromadzić nowe geny, wielkie rodziny genów i systemy nadzorujące na skalę, która jest całkowicie nieosiągalna dla bakterii" - mówi dr Lane. "Jest to podstawa złożoności, nawet jeżeli nie zawsze wykorzystywana." Zauważa również, że "bakterie znajdują się na dnie głębokiej rozpadliny w pejzażu energetycznym i nigdy nie znalazły z niej wyjścia", dodając że "mitochondria zapewniają jądrowcom cztery lub pięć rzędów wielkości więcej energii na gen, co umożliwiło im przekopanie się przez ściany tej rozpadliny".

    Naukowcy odkryli również, dlaczego bakterie nie są w stanie rozczłonkować się, aby skorzystać na posiadaniu mitochondriów. Ich zdaniem odpowiedź kryje się w malutkim genomie mitochondrialnym, którego geny są niezbędne do oddychania komórkowego i bez nich komórka eukariotyczna umiera. Wraz ze wzrostem rozmiarów i energetyczności komórek potrzebują one więcej kopii genów mitochondrialnych, aby utrzymać się przy życiu.

    Bakterie stają dokładnie przed tym samym problemem. Mogą sobie z nim poradzić tworząc tysiące kopii całego genomu, ale całe DNA (kwas dezoksyrybonukleinowy) stanowi ogromny wydatek energetyczny, który przygniata nawet olbrzymie bakterie i powstrzymuje je przed przekształceniem się w bardziej złożone jądrowce.

    "Jednym rozwiązaniem jest przedostanie się w jakiś sposób jednej komórki do wnętrza drugiej - endosymbioza" - stwierdza dr Lane. Jednakże podczas gdy komórki w komórkach są powszechne u jądrowców, które często pochłaniają inne komórki, to są one niezwykle rzadkie u bardziej sztywnych bakterii. A to zdaniem naukowców może dobrze wyjaśniać, dlaczego złożone formy życia wyewoluowały tylko raz w całej historii Ziemi.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Teoria endosymbiozy – teoria stanowiąca, że mitochondria, plastydy (jak chloroplasty) i być może inne organella komórki eukariotycznej powstały na skutek endosymbiozy pomiędzy różnymi mikroorganizmami. Zgodnie z nią niektóre organella pochodzą od wolno żyjących bakterii, które dostały się do innych komórek jako endosymbionty. Mitochondria rozwinęły się więc z proteobakterii (w szczególności zaś z Rickettsiales, kladu SAR11 lub ich bliskich krewnych), chloroplasty zaś od sinic. Ultramikrobakterie – bakterie, które są znacznie mniejsze od typowych komórek bakteryjnych. Ich średnica waha się w granicach 0,2–0,3 μm. Termin ten został po raz pierwszy użyty w roku 1981 w odniesieniu do występujących w morskiej wodzie ziarenkowców, których średnica była mniejsza niż 0,3 μm. Organizmy te zostały również odnalezione w glebie. Była to mieszanina gatunków zarówno Gram-dodatnich, jak i ujemnych. Wiele, jeśli nie wszystkie, z tych bakterii to uśpione formy większych komórek. Pozwalają one przetrwać w niesprzyjających warunkach środowiska. W tym stanie spoczynku komórki bakteryjne spowalniają swój metabolizm, wstrzymują wzrost i stabilizują DNA, tworząc uśpione, nierosnące komórki, które mogą pozostać żywe przez wiele lat. Takie „formy głodowe” są prawdopodobnie najbardziej typowymi ultramikrobakteriami w wodzie morskiej. Komórka eukariotyczna - komórka mająca jądro komórkowe ograniczone otoczką jądrową, zawierające DNA z histonami upakowane w chromosomy (eucyty mają zazwyczaj tylko jedno jądro, choć np. komórki mięśniowe czy megakariocyty mają wiele jąder, orzęski mają dwa różne jądra: mikro- i makronukleus, zaś czerwone krwinki ssaków i człony rurek sitowych roślin tracą w trakcie rozwoju jądra).
    Inną cechą odróżniającą komórki eukariotyczne od prokariotycznych (bakterie, archeony) jest wysoce skomplikowana struktura wewnętrzna. Eukarionty mają bowiem cytoszkielet, skomplikowany system organelli błonowych (retikulum endoplazmatyczne, aparat Golgiego itd.) i organelli półautonomicznych (mitochondria, chloroplasty). Komórki eukariotyczne mogą być samodzielnymi organizmami, tworzyć kolonie lub agregaty wielokomórkowe.

    Nadrodzina immunoglobulin (synonim: białka immunoglobulinopodobne, ang. immunoglobulin superfamily, IgSF) – grupa białek wyodrębniona na podstawie istnienia w ich strukturze tzw. splotu immunoglobulinowego. Większość członków tej rodziny to białka o masie cząsteczkowej 70-100 kDa. Nadrodzina immunoglobulin jest uznawana za największą grupę białek o podobnej budowie. Na podstawie analizy genomu człowieka zidentyfikowano 756 genów, których produkty białkowe zawierają domenę immunoglobulinową . Białka immunoglobulinopodobne spotykane są również u bakterii, a ich analiza wskazuje, że pochodzą one od genów eukariotycznych i zostały nabyte w trakcie ewolucji na drodze poziomego transferu genów . Szlak mewalonowy lub szlak izoprenoidowy jest bardzo ważnym szlakiem metabolicznym komórki obecnym we wszystkich wyższych eukariotach i wielu bakteriach. Stanowi on kluczową rolę przy produkcji pirofosforanu dimetylallilu (DMAPP) oraz pirofosforanu izopentylu (IPP).

    Barwienia bakterii – techniki stosowane w mikrobiologii, których celem jest umożliwienie obserwacji bakterii w mikroskopie świetlnym celem oceny ich wielkości, kształtu i niektórych cech morfologicznych. Barwienie jest konieczne ze względu na słaby stopień załamywania promieni świetlnych przez komórki bakterii. Plazmon - jest pojęciem podobnym do genomu, określa geny znajdujący się poza jądrem komórki, który odpowiada za niektóre cechy osobnika. Geny należące do plazmonu znajdują się w takich organellach, jak mitochondria i chloroplasty. Dziedziczą się tylko po matce.

    Ściana komórkowa - martwy składnik komórki, otoczka komórki o funkcji ochronnej i szkieletowej. Ściana komórkowa występuje u roślin, grzybów, bakterii i niektórych protistów. U każdej z tych grup jest zbudowana z innych substancji, np. u grzybów jest to chityna, a u roślin celuloza i jej pochodne (hemiceluloza i pektyna) oraz lignina, natomiast u bakterii podstawowym składnikiem jest mureina. Ściana komórkowa leży na zewnątrz błony komórkowej. W tkankach ściany komórkowe sąsiadujących ze sobą komórek są zlepione pektynową substancją tworzącą blaszkę środkową. Między komórkami istnieją wąskie połączenia w postaci plasmodesm - wąskich pasm cytoplazmy przenikających ściany i zawierających fragmenty retikulum endoplazmatycznego. Młode komórki roślin otoczone są ścianą pierwotną, której strukturę wewnętrzną stanowią ułożone w sposób nieuporządkowany łańcuchy celulozowe wypełnione hemicelulozą i pektyną. W starszych komórkach obserwuje się również ścianę wtórną - powstającą po wewnętrznej stronie ściany pierwotnej, zwykle grubszą i bardziej wytrzymałą niż pierwotna, o uporządkowanej budowie szkieletu celulozowego, również wypełnionego hemicelulozą i pektyną. Ulega ona inkrustacji (węglan wapnia, krzemionka lub lignina) i adkrustacji (kutyna, suberyna, woski). Fimbria - włosowata struktura komórkowa. Niektóre bakterie posiadają ich setki. Występują u bakterii Gram-ujemnych, głównie z rodzaju Enterobacteriaceae (wyjątkowo u Gram-dodatnich - rodzaj Corynebacterium). Ich główną funkcją jest ułatwianie przylegania bakterii do innej komórki (np. w celu zainfekowania jej), czyli adhezji. Odmianą fimbrii pełniących ważną rolę w procesie zwanym koniugacją są fimbrie płciowe lub inaczej pile.

    Bakterie beztlenowe – są to bakterie, które mogą przeprowadzać reakcje metaboliczne z wydzieleniem energii jedynie w warunkach braku tlenu. Niektóre beztlenowce bezwzględne giną nawet przy bardzo niskich stężeniach tlenu.

    Karol Robert Darwin (ang. Charles Robert Darwin; ur. 12 lutego 1809 w Shrewsbury, zm. 19 kwietnia 1882 w Downe) – angielski przyrodnik, twórca teorii ewolucji, zgodnie z którą wszystkie gatunki pochodzą od wcześniejszych form, autor publikacji, w których przedstawił argumenty na poparcie swej tezy. Darwin uważał, że rozgałęziony schemat ewolucji wynika z procesu, który nazwał doborem naturalnym. Prawdziwość teorii ewolucji została zaakceptowana przez wielu naukowców przyrodników i dużą część społeczeństwa już za życia Darwina; jednak dopiero po pojawieniu się współczesnej syntezy ewolucji (którą opracowano w okresie od początku lat 30. do końca lat 50. XX wieku) naukowcy powszechnie zgodzili się, że dobór naturalny jest podstawowym mechanizmem ewolucji, a sam proces ciągłych zmian, z których wyłaniają się nowe jakości, niezaprzeczalnym faktem. W swojej zmodyfikowanej formie odkrycia naukowe Darwina są teorią unifikującą nauki o życiu i wyjaśniającą różnorodność biologiczną.

    Protoplast – aktywna metabolicznie część komórki bakterii, grzyba lub rośliny czyli część komórki bez ściany komórkowej. Protoplasty sztucznie uzyskiwane w wyniku trawienia ściany komórkowej enzymami mają kształt kulisty lub zbliżony i pozostają zdolne do życia i stanowią ważny obiekt badań cytologicznych. Protoplasty są zdolne do regeneracji ściany komórkowej i fuzji, przy czym są w stanie tworzyć mieszańce somatyczne między gatunkami niespokrewnionymi (np. protoplast marchwi zwyczajnej z limfocytem ludzkim).

    Dodano: 04.11.2010. 17:17  


    Najnowsze