Teoria Endosymbiozy

Endysymbioza to specyficzny rodzaj symbiozy, w którym komórki jednego organizmu żyją wewnątrz komórek drugiego.

Pierwotne komórki były prokariotyczne. Oznacza to, że nie posiadały jądra komórkowego ani takich organelli jak mitochondria czy chloroplasty. Pierwsze komórki eukariotyczne pojawiły się dwa miliardy lat po powstaniu życia na ziemi.Według teorii endosymbiozy komórki eukariotyczne powstały w wyniku symbiozy różnych komórek prokariotycznych. Duża komórka prokariotyczna mogła "wchłonąć" bakterie tlenowe, które dostarczały jej energii, a z biegiem ewolucji przekształciły się w mitochondria. Podobnie, w wyniku endosymbiozy, sinice mogły zacząć pełnić funkcje chloroplastów.
Argumenty przemawiające za słusznością teorii endosymbiozy to:

- Z pierwotniakiem Cyanophora paradoxa żyją w symbiozie sinice, które pełnią funkcje chloroplastów tego pierwotniaka.
- Organella komórkowe (mitochondria, chloroplasty) są zbliżone wielkością do komórek prokariotycznych.
- Chloroplasty i mitochondria mają własny DNA oraz własne rybosomy, które przypominają rybosomy prokariotyczne.
- Chloroplasty i mitochondria rozmnażają się jak organizmy prokariotyczne, tj. przez przewężenie i podział.


Mitochondrium, chloroplast, a być może i inne organella eukariotyczne pochodzą od bakteryjnych endosymbiontów. Pierwsze Eukarionty (pierwotniaki, rośliny, grzyby i zwierzęta) wykształtowały się w drodze seryjnej endosymbiozy prostszych form.

Chloroplasty to dawne bakterie fotosyntezujące, a mitochondria to dawne bakterie tlenowe (lub bakterie fotosyntezujące, które utraciły zdolność do fotosyntezy). Te endosymbionty były wchłaniane przez komórkę gospodarza, lecz nie były trawione. Przeżyły one i rozmnażały się wraz z komórką gospodarza, dlatego też następne pokolenia gospodarzy także zawierały endosymbionty. Między tymi dwoma organizmami powstała zależność mutualistyczna, a ostatecznie endosymbiont utracił zdolność samodzielnego życia poza organizmem gospodarza.

Teoria endosymbiozy. Zaproponowana przez Lynn Margulis (w roku 1970 w książce „The Origin ofthe Eucariotic CelI”) i dziś już powszechnie uznawana, świadczy o niezwykle ważnej roli bakterii w ewolucji świata żywego. Teoria ta głosi, że cytoplazmatyczne organelle: mitochondria i chloroplasty występujące w komórkach eukariotycznych powstały z prokariotycznych endosymbiontów (odpowiednio tlenowych heterotrofów i fototrofów). Dzisiejsza sytuacja to wynik długich lat ewolucji zainicjowanych przez endocytozę (czyli wchłonięcie w całości) ówcześnie żyjących komórek bakteryjnych przez pierwotne komórki eukariotyczne (zawierające jądro). „Zjedzone bakterie” nie uległy strawieniu, lecz przekształciły się w endosymbionty, które zaopatrywały eukarionty w energię (oddychanie tlenowe i fotosynteza), otrzymując w zamian substancje odżywcze i ochronę przed czynnikami środowiskowymi. Szacuje się, że symbioza taka ustaliła się ok. 1 mld lat temu. Z czasem funkcje metaboliczne dostarczane przez symbionty stały się niezbędne dla organizmów gospodarza a część genów kodujących białka uczestniczące w tych procesach przemieściła się do jądra komórkowego. Endosymbionty utraciły zdolność do samodzielnej egzystencji, zamieniając się w organelle komórkowe. Bakterie, które dały początek mitochondriom, to przodkowie dzisiejszych bakterii z rodzaju Paracoecus, należących do grupy - proteobacteria, chloroplasty zaś to potomkowie bakterii z grupy sinic (czasem nazywanych cyjanobakteriami), które przeprowadzają fotosyntezę.

Teoria Lynn Margulis szybko znalazła potwierdzenie, gdy okazało się, że organelle komórkowe posądzane przez badaczkę o bycie endosymbiontami, czyli mitochondria i plastydy, mają do dziś na poziomie genetycznym wiele wspólnego ze swymi bakteryjnymi przodkami i że cechuje je znacząca niezależność. Nie powstają one w komórkach de novo, a wyłącznie przez podział już istniejących, mają własną maszynerię biosyntezy białek i, co ważniejsze, własny, zdolny do replikacji DNA. Faktem popierającym teorię endosymbiozy jest zatem niewątpliwie posiadanie przez mitochondria i chloroplasty własnych genomów w postaci kolistych cząsteczek DNA (czyli takich jak u bakterii). Ponadto analiza sekwencji tych genomów wykazała szereg cech charakterystycznych dla genomów bakteryjnych. Także obecne w organellach rybosomy wykazują podobieństwo do analogicznych struktur bakteryjnych, a nie do rybosomów eukariotycznych. Również podobne do bakteryjnych są błony otaczające te organelle. Listę podobnych dowodów można by wydłużać, ale nie jest to chyba celowe — może warto tylko jeszcze wspomnieć, że mechanizmy, dzięki którym wiele genów prokariotycznych przemieściło się do eukariotycznego genomu, nadal istnieją i są odkrywane u współczesnych eukariontów (np. u S. cerevisiae) Genomy mitochondrialne i chloroplastowe po chodzą od dwóch niezależnych linii prokariotycznych przodków - czyli organelle te powstały w dwóch niezależnych aktach endosymbiozy.

Oczywiście istnieją także inne teorie dotyczące ewolucji komórek eukariotycznych. Jedna z nich głosi, że mitochondria i chloroplasty rozwinęły się z uwypukleń błony komórkowej. Z którą następnie utraciły połączenie i zaczęły funkcjonować jako wyspecjalizowane organelle.

Jeżeli teoria endosymbiozy jest prawdziwa, to nic potrafimy niestety odpowiedzieć na ważne pytanie: jak radziły sobie oryginalne, pierwotne komórki eukariotyczne (bez mitochondriów i chloroplastów), zwłaszcza że np. nigdy nie odnaleziono prymitywnych eukariontów pozbawionych mitochondriów.

Niestety, teoria dr Margulis nie może być w żaden sposób sprawdzona eksperymentalnie, nie możemy cofnąć się w czasie i obserwować, jak nasze założenia sprawdzają się w praktyce. Należy przyznać, iż teoria ta jest jednak tak logiczna, że została łatwo zaakceptowana a przeciwników ma niewielu.