Oorsprong van de hoofdcellentheorieën (Prokaryot en Eukaryota)

Hij Celoorsprong dateert uit meer dan 3.500 miljoen jaar oud. De manier waarop deze functionele eenheden zijn ontstaan, heeft al enkele eeuwen de nieuwsgierigheid van wetenschappers gewekt.

De oorsprong van het leven per se Wijn vergezeld van de oorsprong van de cellen. In een primitieve omgeving waren de omgevingscondities heel anders dan die we vandaag hebben waargenomen. De zuurstofconcentratie was praktisch nul, en in de atmosfeer domineerde een andere gassamenstelling.

Bron: Pixabay.com

Verschillende ervaringen in het laboratorium hebben bewezen dat het onder de initiële omgevingscondities van de aarde mogelijk is om te polymerisatie van verschillende kenmerken die kenmerkend zijn voor organische systemen, namelijk: aminozuren, suikers, enz.

Een molecuul met katalytische capaciteit en om zichzelf te repliceren (mogelijk een RNA) kan worden vergrendeld in een fosfolipide membraan, waardoor de eerste primitieve prokaryotische cellen werden gevormd, die evolueerden na de Darwiniaanse principes.

Evenzo wordt de oorsprong van de eukaryotische cel meestal verklaard met behulp van de endosimbiotische theorie. Dit idee ondersteunt dat een grote bacterie een kleinere en in de loop van de tijd heeft ingeslikt, de organellen die we vandaag kennen (chloroplasten en mitochondria).

[TOC]

Celtheorie

Cel Het is een term die uit de Latijnse wortel komt Cellula, Wat betekent gat. Dit zijn de functionele en structurele eenheden van levende wezens. De term werd voor het eerst gebruikt in de zeventiende eeuw door onderzoeker Robert Hooke, toen hij een kurkblad onder het licht van de microscoop onderzocht en een soort cellen waargenomen.

Met deze ontdekking waren meer wetenschappers - die de bijdragen van Theodor Schwann en Matthias Schleiden benadrukken - geïnteresseerd in de microscopische structuur van de levende materie. Op deze manier is een van de belangrijkste pijlers van de biologie geboren: Celtheorie.

De theorie betoogt dat: (a) alle organische wezens zijn samengesteld uit cellen; (b) cellen zijn de eenheid van het leven; (c) De chemische reacties die het leven ondersteunen, komen voor binnen de grenzen van de cel en (d) al het leven komt uit het leven.

Dit laatste postulaat is samengevat in de beroemde Rudolf Virchow -zin: “omnis cellula e cellula” - Alle cellen zijn afkomstig van andere bestaande cellen. Maar waar kwam de eerste cel vandaan? Vervolgens zullen we de belangrijkste theorieën beschrijven die proberen de oorsprong van de eerste cellulaire structuren te verklaren.

Evolutie van de prokaryotische cel

De oorsprong van het leven is een fenomeen dat nauw verbonden is met de oorsprong van cellen. Op aarde zijn er twee cellulaire levensvormen: prokaryoten en eukaryoten.

Beide lijnen verschillen in principe in termen van hun complexiteit en structuur, zijn de eukaryotische organismen groter en complex. Dit betekent niet dat prokaryoten eenvoudig zijn - een enkele prokaryotische keuzevrijheid is een georganiseerde en ingewikkelde agglomeratie van verschillende moleculaire complexen.

Kan u dienen: pariëtale cellen: kenmerken, histologie, functies, ziekten

De evolutie van beide takken van het leven is een van de meest opwindende vragen in de wereld van de biologie.

Chronologisch gezien wordt geschat dat het leven 3 heeft.500 tot 3.800 miljoen jaar oud. Dit verscheen ongeveer 750 miljoen jaar na landvorming.

Evolutie van de eerste manieren van leven: Miller's experimenten

Aan het begin van de jaren 20, het idee dat organische macromoleculen spontaan konden polymeriseren onder de omgevingscondities van een primitieve atmosfeer - met lage zuurstofconcentraties en hoge concentraties van co -concentraties,₂ en N₂, Naast een reeks gassen zoals h₂, H₂S, en de CO.

Er wordt aangenomen dat de hypothetische primitieve atmosfeer een reducerende omgeving opleverde, die samen met een energiebron (zoals zonlicht of elektrische schokken) de gunstige omstandigheden legde voor polymerisatie van organische moleculen.

Deze theorie werd experimenteel bevestigd in 1950 door onderzoeker Stanley Miller tijdens zijn postdoctorale studies.

Behoefte aan een molecuul met zelfaanvraag- en katalyse -eigenschappen: de wereld van RNA

Na het specificeren van de noodzakelijke voorwaarden voor de vorming van de moleculen die we in alle levende wezens vinden, zijn het noodzakelijke nucleotiden in de DNA -molecuul.

Tot op heden is de beste kandidaat voor dit molecuul het RNA. Het was pas in 1980 toen onderzoekers Sid Altman en Tom Cech de katalytische mogelijkheden van dit nucleïnezuur ontdekten, inclusief de polymerisatie van nucleotiden - kritische stap voor de evolutie van het leven en cellen.

Om deze redenen wordt aangenomen dat het leven RNA begon te gebruiken als genetisch materiaal, en niet DNA zoals ze de overgrote meerderheid van de huidige vormen doen.

De barrières van het leven beperken: fosfolipiden

Zodra de macromoleculen en het molecuul in staat zijn om informatie op te slaan en zichzelf te repliceren, is het bestaan ​​van een biologisch membraan dat de grenzen tussen de levenden en de extracellulaire omgeving bepaalt noodzakelijk. Evolutionair markeerde deze stap de oorsprong van de eerste cellen.

Er wordt aangenomen dat de eerste cel ontstond uit een RNA -molecuul dat werd vergrendeld door een membraan bestaande uit fosfolipiden. De laatste zijn amfipatische moleculen, wat betekent dat een deel hydrofiel is (oplosbaar water) en de resterende andere is hydrofoob (niet oplosbaar in water).

Wanneer fosfolipiden in water worden opgelost, hebben ze de mogelijkheid om spontaan toe te voegen en een lipide dubbellaag te vormen. De polaire koppen zijn gegroepeerd en kijken naar de waterige omgeving en hydrofobe staarten binnen, in contact met elkaar.

Kan u dienen: Basofils: kenmerken, morfologie, functies, ziekten

Deze barrière is thermodynamisch stabiel en creëert een compartiment waarmee de celcel kan worden gescheiden.

Met het verstrijken van de tijd vervolgde het RNA in het lipidemembraan zijn evolutionaire verloop volgens de Darwiniaanse mechanismen - totdat ze complexe processen presenteren zoals eiwitsynthese.

Evolutie van het metabolisme

Zodra deze primitieve cellen waren gevormd, begon de ontwikkeling van de metabole routes die we vandaag kennen,. Het meest plausibele scenario voor de oorsprong van de eerste cellen is de oceaan, dus de eerste cellen konden voedsel en energie rechtstreeks uit de omgeving verkrijgen.

Toen het voedsel schaars begon, zouden bepaalde celvarianten moeten verschijnen met alternatieve methoden voor het verkrijgen van voedsel en energie genereren waarmee ze hun replicatie kunnen voortzetten.

De generatie en controle van het celmetabolisme zijn onmisbaar voor hun continuïteit. In feite zijn de belangrijkste metabole paden op grote schaal bewaard bij de huidige organismen. Zowel een bacterie als een zoogdier voeren bijvoorbeeld glycolyse uit.

Er is voorgesteld dat energieopwekking in drie fasen is geëvolueerd, beginnend met glycolyse, gevolgd door fotosynthese en eindigend met oxidatief metabolisme.

Aangezien de primitieve omgeving zuurstof miste, is het aannemelijk dat de eerste metabole reacties ermee zijn afgezien.

Euchy celevolutie

De cellen waren slechts prokaryoten tot ongeveer 1.500 miljoen jaar. In dit stadium verschenen de eerste cellen met een echte kern en organellen zelf. De meest opvallende theorie in de literatuur die de evolutie van organellen verklaart, is de endosimbiotische theorie ((endo betekent intern).

Organismen zijn niet geïsoleerd in hun omgeving. Biologische gemeenschappen hebben meerdere interacties, zowel antagonisten als synergisten. Een term paraplu die wordt gebruikt voor verschillende interacties is symbiose - Vroeger alleen gebruikt voor wederzijdse relaties tussen twee soorten.

De interacties tussen organismen hebben belangrijke evolutionaire gevolgen, en het meest dramatische voorbeeld van dit feit is de endosimbiotische theorie, die aanvankelijk werd voorgesteld door de Amerikaanse onderzoeker Lynn Margulis in de jaren 80.

Postulaten van endosimbiotische theorie

Volgens deze theorie waren sommige eukaryoten - zoals chloroplasten en mitochondria - aanvankelijk prokaryotische levensorganisaties. Op een bepaald moment van evolutie werd een prokaryota overspoeld door een grotere, maar werd niet verteerd. In plaats daarvan overleefde hij en werd hij betrapt in het grootste lichaam.

Naast overleving, de reproductietijden tussen beide geynchroniseerde organismen, slagen erin om naar opeenvolgende generaties te verhuizen.

In het geval van chloroplasten vertoonde het enzulforganisme alle enzymatische machines om fotosynthese uit te voeren, waardoor het grootste lichaam wordt geleverd met de producten van deze chemische reacties: de monosachariden. In het geval van de mitochondria wordt gepostuleerd dat de co-swreening prokaryot.

Kan u van dienst zijn: polysoom

De potentiële identiteit van het grotere gastheerorganisme is echter een open vraag in de literatuur.

Het prokaryotische organisme verloor zijn celwand en leed gedurende de evolutie de relevante aanpassingen die de moderne organellen zijn ontstaan. Dit is in wezen de endosimbiotische theorie.

Bewijs van endosimbiotische theorie

Er zijn momenteel meerdere feiten die de endosimbiose -theorie ondersteunen, namelijk: (a) de grootte van de huidige mitochondriën en chloroplasten is vergelijkbaar met die van prokaryoten; (b) Deze organellen hebben hun eigen genetische materiaal en synthetiseren een deel van de eiwitten, hoewel ze niet volledig onafhankelijk zijn van de kern en (c) er zijn meerdere biochemische overeenkomsten tussen beide biologische entiteiten.

Voordelen van eukaryotisch zijn

De evolutie van eukaryotische cellen wordt geassocieerd met een reeks voordelen ten opzichte van prokaryoten. De toename van grootte, complexiteit en compartimentering maakte de snelle evolutie van nieuwe biochemische functies mogelijk.

Na de komst van de eukaryotische cel kwam er multicellulariteit. Als een cel "wenst" om te genieten van de voordelen van een groter formaat, kan deze niet zomaar groeien, omdat het celoppervlak groot moet zijn in relatie tot zijn volume.

Aldus slaagden organismen met meer dan één cel erin om hun grootte te vergroten en de taken te verdelen tussen de meerdere cellen die ze samenstellen.

Referenties

1. Altstein, een. D. (2015). De progene hypothese: de nucleoproteïnewereld en hoe het leven begon. Biologie direct, 10, 67.
2. Anderson, p. W. (1983). Suggestaed model voor prebiotische evolutie: het gebruik van chaos. Proceedings of the National Academy of Sciences, 80(11), 3386-3390.
3. Audesirk, T., AudeseK, g., & Byers, B. EN. (2003). Biologie: leven op aarde. Pearson Education.
4. Campbell, een. N., & Reece, j. B. (2005). biologie. Pan -Amerikaans medisch redactioneel.
5. Bereik, m. (2007). Biologie 1: een constructivistische benadering. Pearson Education.
6. Hogeweg, p., & Takeuchi, n. (2003). Multilevel selectie in modellen van prebiotische evolutie: compartimenten en ruimtelijke zelforganisatie. Oorsprong van het leven en de evolutie van de biosfeer, 33(4-5), 375-403.
7. Lazcano, een., & Miller, s. L. (1996). De oorsprong en vroege evolutie van het leven: prebiotische chemie, de pre-RNA-wereld en tijd. Cel, 85(6), 793-798.
8. McKenney, K., & Alfonzo, J. (2016). Van prebiotica tot probiotica: de evolutie en functies van tRNA -modificaties. Leven, 6(1), 13.
9. Schrum, J. P., Zhu, t. F., & Szostak, J. W. (2010). De oorsprong van het cellulaire leven. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, A002212.
10. Silvestre, D. NAAR., & Fontanari, J. F. (2008). Pakketmodellen en de informatiecrisis van prebiotische evolutie. Journal of Theoretical Biology, 252(2), 326-337.
11. Stano, p., & Mavelli, f. (2015). Protocells modellen in de oorsprong van het leven en synthetische biologie. Leven, 5(4), 1700-1702.