Cellutvecklingsteorier om cellernas ursprung

De cellutveckling den representerar alla fysiska och kemiska förändringar som gav upphov till de mycket organiserade och komplexa strukturer som vi känner som "celler". Men även om mycket antaganden har gjorts om det är det fortfarande inte känt exakt hur de bildades..

Celler är de grundläggande basenheterna för alla levande saker på jorden. Det finns två markant olika celltyper i naturen: prokaryota celler och eukaryota celler..

Prokaryota celler saknar inre membransystem och bildar alltid encelliga organismer, medan eukaryota celler är mer komplexa eftersom de har inre membranavdelningar och kan bilda både encelliga och multicellulära levande varelser..

Även om de kan vara väldigt olika, kännetecknas alla celler av att de omges av ett membran, med molekyler av genetiskt material som ger nödvändig information för att producera alla cellulära komponenter och multiplicera för att ge upphov till en annan cell..

Den viktigaste viktiga uppgiften för evolutionära biologer är demonstrationen av utvecklingen av två grundläggande aspekter för cellulärt liv:

• Hur bildades mekanismen för självreplikation av molekyler som deoxiribonukleinsyra (DNA, genetiskt material)?
• Hur uppstod cellmembran för att separera ämnesomsättningen vid bildandet av de första cellerna från omgivningen??

Båda frågorna förblir öppna idag, eftersom evolutionsbiologer endast har gjort några få slutsatser i detta avseende utan framgång ur experimentell demonstrationssynpunkt..

Hur härstammar cellerna?

De mest accepterade teorierna föreslår att början på cellulär utveckling inträffade med ursprunget till nukleinsyramolekyler som kan replikera (DNA och RNA).

Dessa hypoteser, kollektivt kända som "RNA-världen", "primal buljong" eller "primitiv buljong", är baserade på det faktum att ribonukleinsyra (RNA) polymerer med autokatalytisk förmåga att producera nya korta RNA-fragment har observerats..

Enligt dessa teorier är det troligt att många gånger på jorden, genom dess historia, har bildats ribonukleinsyror, nukleotider, aminosyror, enkla sockerarter och vissa fosfatföreningar.

Även om säkert många av dessa föreningar bryts ned utan att gå mycket längre, tros det för närvarande att det kan ha varit fallet att molekyler med förmågan att replikera kom in i lipid "bubblor" och kunde fortsätta med sin autokatalytiska aktivitet från "maten" erhållen från andra molekyler som också var inneslutna i dessa bubblor.

Det föreslås att dessa bubblor senare kan delas i två på grund av ytspänningskrafter, var och en "dotter" bibehåller sin interna autokatalytiska aktivitet. Komplexiteten hos dessa bubblor kunde ha inneburit förmågan att mata på solljus och vissa kolföreningar.

Dessa "förcellulära" processer måste ha inträffat på jorden under hundratals miljoner år, under vilken tid olika "protoceller" troligen har sitt ursprung och slocknat, vilket positivt valde dem som kan reproducera och mata effektivt..

Således skulle protocellerna som härrör från naturligt urval som verkar i hundratals miljoner år vara förfäderna eller de mest primitiva formerna för de ultrakomplexa och organiserade celler som vi känner idag, som bildar alla levande varelser..

Prokaryot cellutveckling

Förmodligen var de första produkterna av cellulärt ursprung prokaryota celler, prokaryoter eller bakterier, som de är allmänt kända; eftersom man tror att dessa bebodde jorden cirka två miljarder år före alla eukaryota organismer.

Under dessa två miljarder år transformerade de första prokaryota organismerna kontinuerligt jordens yta och atmosfär. Dessa mikroorganismer specialiserade sin ämnesomsättning för att få energi från de föreningar som fanns på jorden på den tiden..

Denna "specialisering" var möjlig tack vare utvecklingen av metaboliska processer som jäsning, fotosyntes, fixering av atmosfäriskt kväve och användning av syre i andning etc. Dessa förmågor utvecklade av bakterier var bara möjliga tack vare tre huvudprocesser:

• Överföring av information från en organism till en annan genom arv av genetiska informationsmolekyler: deoxiribonukleinsyra (DNA) och ribonukleinsyra (RNA); vilket gjorde det möjligt för dem att utveckla kopior av sig själva över tiden.
• Den horisontella överföringen av genetiskt material genom små DNA-molekyler, så kallade plasmider, som gör det möjligt för bakterier att anpassa sig till ogynnsamma miljöförhållanden på kort tid.
• Det nära samarbete eller symbios som kunde ha inträffat mellan bakterier med olika egenskaper, vilket möjligen gjorde det möjligt för dem att möta miljöutmaningarna i miljön, vilket oberoende är mycket troligt att de inte skulle ha kunnat möta.

Alla dessa egenskaper, tillsammans med det nära samarbetet mellan bakterier, var det som troligen gav upphov till eukaryota celler..

Eukaryot cellutveckling

För närvarande råder fortfarande tvivel om ursprunget till eukaryota celler. Men hypotesen som forskare mest accepterar är "endosymbios", som uppstod från upptäckten av deoxiribonukleinsyra (DNA) -molekyler i mitokondrier i eukaryota celler..

Med denna information drog evolutionära biologer slutsatsen att ättlingarna till bakterier som levde för ungefär tre miljarder år sedan i primitiva hav på något sätt smälte eller uppslukade andra mikroorganismer..

Detta verkar vara "stöttat" av egenskaperna hos mitokondriell uppdelning, som reproducerar direkt genom binär fission och vid olika tidpunkter än celldelning i eukaryota celler..

Man tror att den uppslukade organismen var den första "protomytokondrierna" av eukaryoter, och att den försåg den uppslukande organismen med ett system för avlägsnande av avfall och en energikälla från syre, medan "protomytokondrier" fick mat och skydd..

Denna "endosymbios" -mekanism beskrivs som en abrupt evolutionsmekanism, som i få fall kunde ha inträffat framgångsrikt och permanent..

Symbiosen mellan mikroorganismer för att bilda nya organismer tillsammans är kanske den viktigaste förändringskraften på jorden och, som äger rum i miljontals år i följd, kunde ha skapat den stora mångfalden av former som vi observerar i alla de eukaryota cellerna.

Cellutveckling har pågått länge; Däremot har forskare bara några årtionden fokuserat på att svara på frågorna relaterade till denna process och många anser att det är troligt att den experimentella demonstrationen av cellulär utveckling före slutet av 2000-talet kunde nås..

Referenser

1. Gould, S. J. (1994). Livets utveckling på jorden. Scientific American, 271 (4), 84-91.
2. Gould, S. J. (1995). 'Vad är livet?' som ett problem i historien.
3. Gray, M. W. (2017). Lynn Margulis och endosymbiont-hypotesen: 50 år senare. Molekylär biologi av cellen, 28 (10), 1285-1287.
4. Margulis, L. och Chapman, M. J. (1998). Endosymbioser: cykliska och permanenta i evolutionen. Trender inom mikrobiologi, 6 (9), 342-345.
5. Martin, W. F., Garg, S. och Zimorski, V. (2015). Endosymbiotiska teorier för eukaryot ursprung. Filosofiska transaktioner från Royal Society B: Biological Sciences, 370 (1678), 20140330.