13.2: Asili ya Eukaryotic

Rekodi ya kisukuku na ushahidi wa maumbile huonyesha kwamba seli za prokaryotiki zilikuwa viumbe vya kwanza duniani. Seli hizi zilitokea takriban miaka bilioni 3.5 iliyopita, ambayo ilikuwa takriban miaka bilioni 1 baada ya kuundwa kwa Dunia, na zilikuwa aina pekee za maisha duniani hadi seli za eukaryotiki zilipoibuka takriban miaka bilioni 2.1 iliyopita. Wakati wa utawala wa prokaryotiki, prokaryotes ya photosynthetic ilibadilika iliyokuwa na uwezo wa kutumia nishati kutoka jua ili kuunganisha vifaa vya kikaboni (kama wanga) kutoka dioksidi kaboni na chanzo cha elektroni (kama vile hidrojeni, sulfidi hidrojeni, au maji).

Usanisinuru kwa kutumia maji kama mfadhili wa elektroni hutumia dioksidi kaboni na hutoa oksijeni ya Masi (O ₂) kama byproduct. Utendaji wa bakteria ya photosynthetic zaidi ya mamilioni ya miaka kuendelea ulijaa maji ya dunia na oksijeni na kisha oksijeni anga, ambayo hapo awali ilikuwa na viwango vingi zaidi vya dioksidi kaboni na viwango vya chini sana vya oksijeni. Prokaryotes ya zamani ya anaerobic ya zama haikuweza kufanya kazi katika mazingira yao mapya, aerobic. Aina fulani zilipotea, wakati wengine walinusurika katika mazingira yaliyobaki ya anaerobic yaliyoachwa duniani. Bado prokaryotes nyingine mapema tolewa taratibu, kama vile aerobic kupumua, kutumia anga oksijeni kwa kutumia oksijeni kuhifadhi nishati zilizomo ndani ya molekuli hai. Kupumua kwa aerobic ni njia bora zaidi ya kupata nishati kutoka kwa molekuli za kikaboni, ambayo imechangia mafanikio ya aina hizi (kama inavyothibitishwa na idadi na utofauti wa viumbe vya aerobic wanaoishi duniani leo). Mageuzi ya prokaryotes aerobic ilikuwa hatua muhimu kuelekea mageuzi ya eukaryote ya kwanza, lakini sifa nyingine kadhaa za kutofautisha zilipaswa kubadilika pia.

Endosymbiosis

Asili ya seli za eukaryotiki kwa kiasi kikubwa ilikuwa siri hadi hypothesis ya mapinduzi ilichunguzwa kikamilifu katika miaka ya 1960 na Lynn Margulis. Nadharia endosymbiotiki inasema kwamba eukaryotes ni bidhaa ya kiini kimoja cha prokaryotiki kinachocheza kingine, kimoja kinachoishi ndani ya mwingine, na kubadilika pamoja baada ya muda mpaka seli tofauti hazikutambulika tena kama vile. Nadharia hii ya mara moja ya mapinduzi ilikuwa na ushawishi wa haraka na sasa imekubaliwa sana, na kazi inaendelea kufunua hatua zinazohusika katika mchakato huu wa mabadiliko pamoja na wachezaji muhimu. Imekuwa wazi kwamba jeni nyingi za eukaryotiki za nyuklia na mashine za Masi zinazohusika na kuiga na kueleza jeni hizo zinaonekana kuhusiana kwa karibu na Archaea. Kwa upande mwingine, organelles za kimetaboliki na jeni zinazohusika na michakato mingi ya kuvuna nishati zilikuwa na asili yao katika bakteria. Mengi bado kufafanuliwa kuhusu jinsi uhusiano huu ulitokea; hii inaendelea kuwa uwanja wa kusisimua wa ugunduzi katika biolojia. Matukio kadhaa ya endosymbiotiki huenda yamechangia asili ya seli ya eukaryotiki.

Mitochondria

Seli za Eukaryotic zinaweza kuwa na mahali popote kutoka moja hadi mitochondria elfu kadhaa, kulingana na kiwango cha seli cha matumizi ya nishati. Kila mitochondrion inachukua urefu wa micrometers 1 hadi 10 na ipo katika seli kama kusonga, fusing, na kugawa spheroid mviringo (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Hata hivyo, mitochondria haiwezi kuishi nje ya seli. Kama anga ilikuwa oksijeni na usanisinuru, na kama mafanikio aerobic prokaryotes tolewa, ushahidi unaonyesha kwamba kiini mababu enulfed na kuwekwa hai free-hai, aerobic prokaryote. Hii ilitoa kiini cha jeshi uwezo wa kutumia oksijeni ili kutolewa nishati iliyohifadhiwa katika virutubisho. Mistari kadhaa ya ushahidi inasaidia kuwa mitochondria inatokana na tukio hili la endosymbiotic. Mitochondria ni umbo kama kundi maalum la bakteria na imezungukwa na utando mbili, ambayo ingeweza kusababisha wakati kiumbe kimoja kilichofungwa kwa utando kilikuwa kikiingizwa na kiumbe kingine kilichofungwa kwa utando. Mbinu ya ndani ya mitochondrial inahusisha infoldings kubwa au cristae inayofanana na uso wa nje wa texture wa bakteria fulani.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Katika micrograph hii ya maambukizi ya elektroni ya mitochondria katika seli ya mapafu ya mamalia, cristae, infoldings ya membrane ya ndani ya mitochondrial, inaweza kuonekana katika sehemu ya msalaba. (mikopo: mabadiliko ya kazi na Louisa Howard; data ya kiwango cha bar kutoka Matt Russell)

Mitochondria hugawanya peke yao kwa mchakato unaofanana na fission ya binary katika prokaryotes. Mitochondria ina kromosomu yao ya DNA ya mviringo ambayo hubeba jeni zinazofanana na zile zilizoonyeshwa na bakteria. Mitochondria pia ina ribosomu maalum na RNAs za uhamisho zinazofanana na vipengele hivi katika prokaryotes. Hizi zina msaada wote ambao mitochondria walikuwa mara moja prokaryotes ya bure.

Chloroplasts

Chloroplasts ni aina moja ya plastidi, kundi la organelles zinazohusiana katika seli za mimea zinazohusika katika uhifadhi wa wanga, mafuta, protini, na rangi. Chloroplasts zina chlorophyll ya rangi ya kijani na ina jukumu katika photosynthesis. Uchunguzi wa maumbile na maumbile unaonyesha kwamba plastidi ilibadilika kutoka endosymbiosis ya kiini cha mababu ambacho kilichochea sainobacterium ya photosynthetic. Plastidi ni sawa na ukubwa na sura ya cyanobacteria na zimefunikwa na membrane mbili au zaidi, zinazohusiana na utando wa ndani na nje wa cyanobacteria. Kama mitochondria, plastidi pia ina genomes ya mviringo na kugawanywa na mchakato unaokumbusha mgawanyiko wa seli za prokaryotic. Chloroplasts ya mwani nyekundu na kijani inaonyesha Utaratibu wa DNA ambao ni karibu kuhusiana na cyanobacteria photosynthetic, na kupendekeza kuwa mwani nyekundu na kijani ni wazao wa moja kwa moja wa tukio hili endosymbiotiki.

Mitochondria huenda ilibadilika kabla ya plastidi kwa sababu eukaryotes zote zina mitochondria ya kazi au organelles kama mitochondria. Kwa upande mwingine, plastids hupatikana tu katika sehemu ndogo ya eukaryotes, kama mimea ya duniani na mwani. Moja hypothesis ya hatua ya mabadiliko na kusababisha eukaryote kwanza ni muhtasari katika Kielelezo\(\PageIndex{2}\).

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Eukaryote ya kwanza inaweza kuwa imetokana na prokaryote ya mababu ambayo ilikuwa na kuenea kwa utando, compartmentalization ya kazi za mkononi (ndani ya kiini, lysosomes, na reticulum endoplasmic), na kuanzishwa kwa uhusiano endosymbiotic na prokaryote ya aerobic na, wakati mwingine, prokaryote ya photosynthetic kuunda mitochondria na chloroplasts, kwa mtiririko huo.

Hatua halisi zinazoongoza kwenye kiini cha kwanza cha eukaryotic zinaweza kufikiriwa tu, na utata fulani upo kuhusu matukio gani yaliyofanyika na kwa utaratibu gani. Bakteria za spirochete zimedhaniwa kuwa zimetoa kupanda kwa microtubules, na prokaryote ya flagellated inaweza kuwa imechangia malighafi kwa flagella ya eukaryotiki na cilia. Wanasayansi wengine wanaonyesha kwamba kuenea kwa membrane na compartmentalization, si matukio endosymbiotic, imesababisha maendeleo ya mitochondria na plastids. Hata hivyo, tafiti nyingi zinaunga mkono hypothesis endosymbiotic ya mageuzi ya eukaryotic.

Eukaryotes mapema walikuwa unicellular kama protists wengi ni leo, lakini kama eukaryotes kuwa ngumu zaidi, mageuzi ya multicellularity kuruhusiwa seli kubaki ndogo wakati bado kuonyesha kazi maalumu. Mababu wa eukaryotes ya leo ya multicellular wanafikiriwa kuwa wamebadilika miaka bilioni 1.5 iliyopita.

Muhtasari wa sehemu

Eukaryotes ya kwanza ilibadilika kutoka kwa prokaryotes ya mababu kwa mchakato uliohusisha kuenea kwa utando, kupoteza ukuta wa seli, mageuzi ya cytoskeleton, na upatikanaji na mageuzi ya organelles. Jeni za eukaryotiki za nyuklia zinaonekana kuwa na asili katika Archaea, ilhali mashine ya nishati ya seli za eukaryotiki inaonekana kuwa asili ya bakteria. Mitochondria na plastidi ilitokana na matukio endosymbiotic wakati seli za mababu zilijaa bakteria ya aerobic (katika kesi ya mitochondria) na bakteria ya photosynthetic (katika kesi ya chloroplasts). Mageuzi ya mitochondria huenda yalitangulia mageuzi ya kloroplasts. Kuna ushahidi wa matukio ya sekondari endosymbiotic ambayo plastids inaonekana kuwa matokeo ya endosymbiosis baada ya tukio la mwisho la endosymbiotic.

faharasa

endosymbiosis

kuingizwa kwa seli moja na nyingine kama vile seli iliyojaa huishi na seli zote mbili zinafaidika; mchakato unaohusika na mageuzi ya mitochondria na chloroplasts katika eukaryotes

plastidi

moja ya kundi la organelles zinazohusiana katika seli za mimea zinazohusika katika uhifadhi wa wanga, mafuta, protini, na rangi

Wachangiaji na Majina

• Template:ContribOpenStaxConcepts