Celevolutie-theorieën over de oorsprong van cellen

De cel evolutie het vertegenwoordigt alle fysische en chemische veranderingen die aanleiding gaven tot de zeer georganiseerde en complexe structuren die we kennen als 'cellen'. Hoewel er veel gissingen over zijn gedaan, is het nog steeds niet precies bekend hoe ze zijn gevormd..

Cellen zijn de basiseenheden van alle levende wezens op aarde. Er zijn twee duidelijk verschillende celtypen in de natuur: prokaryote cellen en eukaryote cellen..

Prokaryote cellen missen interne membraansystemen en vormen altijd eencellige organismen, terwijl eukaryote cellen complexer zijn, omdat ze interne vliezige compartimenten hebben en zowel eencellige als meercellige levende wezens kunnen vormen..

Hoewel ze heel verschillend kunnen zijn, worden alle cellen gekenmerkt doordat ze omgeven zijn door een membraan, met daarin moleculen van genetisch materiaal die de nodige informatie verschaffen om alle cellulaire componenten te produceren en zich te vermenigvuldigen om een ​​andere cel te doen ontstaan..

De belangrijkste belangrijke taak voor evolutiebiologen is het aantonen van de evolutie van twee fundamentele aspecten voor het cellulaire leven:

• Hoe is het mechanisme voor zelfreplicatie van moleculen zoals deoxyribonucleïnezuur (DNA, genetisch materiaal) gevormd??
• Hoe zijn celmembranen ontstaan ​​om het metabolisme bij de vorming van de eerste cellen te scheiden van de omgeving??

Beide vragen blijven vandaag open, aangezien evolutiebiologen in dit opzicht slechts enkele conclusies hebben getrokken, zonder enig succes vanuit het oogpunt van experimentele demonstratie..

Hoe zijn de cellen ontstaan??

De meest geaccepteerde theorieën stellen dat het begin van cellulaire evolutie plaatsvond met de oorsprong van moleculen van het nucleïnezuurtype die kunnen repliceren (DNA en RNA).

Deze hypothesen, gezamenlijk bekend als de "RNA-wereld", de "oerbouillon" of de "primitieve bouillon", zijn gebaseerd op het feit dat ribonucleïnezuur (RNA) polymeren met autokatalytische capaciteit om nieuwe korte RNA-fragmenten te produceren zijn waargenomen..

Volgens deze theorieën is het waarschijnlijk dat er in de loop van de geschiedenis vele malen op aarde ribonucleïnezuren, nucleotiden, aminozuren, enkelvoudige suikers en sommige fosfaatverbindingen zijn gevormd..

Hoewel zeker veel van deze verbindingen werden afgebroken zonder veel verder te gaan, wordt momenteel aangenomen dat het mogelijk is dat moleculen met het vermogen om te repliceren lipide 'bellen' binnendringen en hun autokatalytische activiteit voortzetten uit het 'voedsel' dat wordt verkregen uit andere moleculen die ook in deze bellen waren opgesloten.

Er wordt voorgesteld om deze bellen later in tweeën te splitsen als gevolg van oppervlaktespanningskrachten, waarbij elke "dochter" zijn interne autokatalytische activiteit behoudt. De complexiteit van deze bellen zou kunnen impliceren dat ze zich konden voeden met zonlicht en sommige koolstofverbindingen.

Deze "precellulaire" processen moeten zich gedurende honderden miljoenen jaren op aarde hebben voorgedaan, gedurende welke tijd verschillende "protocellen" waarschijnlijk zijn ontstaan ​​en gedoofd, waarbij op positieve wijze diegenen worden geselecteerd die in staat zijn zich efficiënt te reproduceren en te voeden..

De protocellen die het resultaat zijn van natuurlijke selectie gedurende honderden miljoenen jaren, zouden dus de voorouders of de meest primitieve vormen zijn van de ultracomplexe en georganiseerde cellen die we vandaag kennen en die alle levende wezens vormen..

Prokaryote celevolutie

Waarschijnlijk waren de eerste producten van cellulaire oorsprong prokaryote cellen, prokaryoten of bacteriën, zoals ze algemeen bekend zijn; aangezien wordt aangenomen dat deze ongeveer twee miljard jaar vóór alle eukaryote organismen de aarde bewoonden.

Gedurende die twee miljard jaar veranderden de eerste prokaryote organismen continu het aardoppervlak en de atmosfeer. Deze micro-organismen specialiseerden hun metabolisme om energie te verkrijgen uit de verbindingen die op dat moment overvloedig aanwezig waren op de planeet..

Deze "specialisatie" was mogelijk dankzij de evolutie van metabolische processen zoals fermentatie, fotosynthese, de fixatie van atmosferische stikstof en het gebruik van zuurstof bij de ademhaling, enz. Deze door bacteriën ontwikkelde vaardigheden waren alleen mogelijk dankzij drie hoofdprocessen:

• De overdracht van informatie van het ene organisme naar het andere door de overerving van genetische informatiemoleculen: deoxyribonucleïnezuur (DNA) en ribonucleïnezuur (RNA); waardoor ze in de loop van de tijd kopieën van zichzelf konden ontwikkelen.
• De horizontale overdracht van genetisch materiaal via kleine DNA-moleculen die bekend staan ​​als plasmiden, waardoor bacteriën zich in korte tijd kunnen aanpassen aan ongunstige omgevingsomstandigheden.
• De nauwe samenwerking of symbiose die zou kunnen hebben plaatsgevonden tussen bacteriën met verschillende kenmerken, waardoor ze mogelijk het hoofd konden bieden aan de milieu-uitdagingen van de omgeving, die ze onafhankelijk zeer waarschijnlijk niet zouden hebben kunnen aangaan.

Al deze kenmerken, samen met de nauwe samenwerking tussen bacteriën, hebben waarschijnlijk geleid tot eukaryote cellen..

Eukaryote celevolutie

Op dit moment zijn er nog twijfels over het ontstaan ​​van eukaryote cellen. De hypothese die door onderzoekers het meest wordt aanvaard, is echter die van "endosymbiose", die voortkwam uit de ontdekking van deoxyribonucleïnezuur (DNA) -moleculen in de mitochondriën van eukaryote cellen..

Met deze informatie concludeerden evolutiebiologen dat de afstammelingen van bacteriën die ongeveer drie miljard jaar geleden in primitieve oceanen leefden, op de een of andere manier andere micro-organismen versmolten of overspoelden..

Dit lijkt "ondersteund" te worden door de kenmerken van mitochondriale deling, die zich direct voortplanten door binaire splitsing en op andere tijdstippen dan celdeling in eukaryote cellen..

Aangenomen wordt dat het verzwolgen organisme de eerste "protomytochondria" van eukaryoten was, en dat het het verzwelgende organisme een afvalverwijderingssysteem en een energiebron uit zuurstof verschafte, terwijl de "protomytochondria" voedsel en onderdak kregen..

Dit "endosymbiose" -mechanisme wordt beschreven als een abrupt evolutionair mechanisme, dat in enkele gevallen met succes en permanent had kunnen plaatsvinden..

De symbiose tussen micro-organismen om samen nieuwe organismen te vormen, is misschien wel de belangrijkste kracht van verandering op aarde en, die miljoenen jaren achtereenvolgens plaatsvindt, zou de grote diversiteit aan vormen kunnen hebben gecreëerd die we in alle eukaryote cellen waarnemen..

Cellulaire evolutie is al heel lang aan de gang; Daarentegen hebben wetenschappers slechts een paar decennia gefocust op het beantwoorden van de vragen die verband houden met dit proces en velen zijn van mening dat het waarschijnlijk is dat vóór het einde van de 21e eeuw de experimentele demonstratie van cellulaire evolutie zou kunnen worden bereikt..

Referenties

1. Gould, S. J. (1994). De evolutie van het leven op aarde. Scientific American, 271 (4), 84-91.
2. Gould, S. J. (1995). 'Wat is leven?' als een probleem in de geschiedenis.
3. Gray, M. W. (2017). Lynn Margulis en de endosymbiont-hypothese: 50 jaar later. Moleculaire biologie van de cel, 28 (10), 1285-1287.
4. Margulis, L., & Chapman, M. J. (1998). Endosymbiose: cyclisch en permanent in evolutie. Trends in microbiologie, 6 (9), 342-345.
5. Martin, W. F., Garg, S., & Zimorski, V. (2015). Endosymbiotische theorieën voor de oorsprong van eukaryoten. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 370 (1678), 20140330.