Происхождение эукариот - симбиогенез (текст)

Теория симбиогенеза (симбиотическая теория, эндосимбиотическая теория, теория эндосимбиоза) объясняет механизм возникновения некоторых органоидов эукариотической клетки — митохондрий и пластид – путем симбиоза. Предложенная в начале XX века русским биологом Константином Мережковским, а позже развитая и популяризованная американским биологом Линн Маргулис.

Суть симбиогенеза заключается в том, что новые клеточные органоиды возникают через долговременные симбиотические отношения между разными организмами. Ключевым примером является происхождение митохондрий и хлоропластов в эукариотических клетках. Считается, что эти органеллы возникли из свободноживущих прокариотических организмов, которые вступили в симбиотические отношения с предковыми эукариотическими клетками.

Митохондрии, ответственные за клеточное дыхание и производство АТФ, вероятно, произошли от альфа-протеобактерий. Эти бактерии были поглощены предковой клеткой, но не переварены, а вместо этого вступили в взаимовыгодные отношения. Клетка-хозяин предоставляла бактериям защиту и питательные вещества, в то время как бактерии обеспечивали её энергией. Со временем эти бактерии утратили свою независимость и стали интегральной частью клетки.

Хлоропласты, органеллы, ответственные за фотосинтез в растительных клетках, вероятно, произошли от цианобактерий, которые также вступили в симбиотические отношения с другими клетками. Этот процесс симбиоза позволил предковым эукариотам использовать солнечную энергию для синтеза органических веществ, что дало им значительное преимущество в эволюционной гонке.

Теория симбиогенеза имеет важные последствия для нашего понимания эволюции. Она подчеркивает роль кооперации и симбиоза наряду с конкуренцией и естественным отбором как движущих сил эволюции. Этот подход позволяет раскрыть сложные взаимодействия между организмами и объяснить возникновение новых видов и биологических функций через интеграцию и взаимосвязь, а не только через постепенные мутации и отбор.

Современные генетические и молекулярные исследования в значительной степени подтвердили основные положения теории симбиогенеза. Анализ геномов митохондрий и хлоропластов показывает их близкое родство с определенными группами прокариотических организмов, что еще раз подчеркивает важность симбиоза в эволюции жизни на Земле.

Доказательства:

• Общее сходство по форме, размеру, ультраструктурой мембран митохондрий и бактерий, специфическими ферментными комплексами, хлоропластов и синезеленых водорослей.
• Кольцевая молекула ДНК.
• Образование путем бинарного деления независимо от клетки. Если эукариотные клетки лишить митохондрий или хлоропластов, то они не появляются вновь, эти органоиды передаются только от исходной материнской клетки путем деления предшествующих.
• Сходство на ультраструктурном и биохимическом уровне, например присутствие тилакоидов и специфических хлорофиллов, очень напоминают таковые образования в цианобактерий.
• Наличие собственного белкового синтеза.
• Мелкие рибосомы прокариотического типа.
• Движение митохондрий напоминает движение некоторых бактерий.
• Ферменты белкового синтеза у митохондрий, хлоропластов и бактерий, с одной стороны, и в цитоплазме – с другой, чувствительны к разным антибиотикам.
• Двуслойная мембрана: внутренний слой сходен по составу с бактериальными клетками, а внешний - с мембранами пищеварительных вакуолей эукариот (это не случайно, ведь бактерия была съедена эукариотической клеткой, а значит, оказалась в пищеварительной вакуоли).