Historia ewolucji złożonych komórek - Adam Jacobson

Obejrzyj całą lekcję: http://ed.ted.com/lessons/how-we-think-complex-cells-evolved-adam-jacobson

Wyobraź sobie, że po połknięciu ptaka, nagle zyskałbyś umiejętność latania. Albo po zjedzeniu kobry mógłbyś tryskać trującym jadem! W historii życia na Ziemi (zwłaszcza w procesie ewolucji złożonych komórek eukariotycznych), takie rzeczy zdarzały się cały czas. Adam Jacobson omawia zjawisko endosymbiozy, szczególnego rodzaju symbiozy, w którym jeden organizm symbiotyczny żyje wewnątrz drugiego.

Lekcja: Adam Jacobson, animacja: Camilla Gunborg Pedersen.

A gdyby tak dało się
wchłonąć inny organizm

i przyswoić sobie jego zdolności?

Wyobraź sobie, że po połknięciu ptaka
nagle zyskałbyś umiejętność latania.

Albo po zjedzeniu kobry

umiałbyś tryskać jadem z zębów.

W historii życia na Ziemi,

zwłaszcza w procesie ewolucji złożonych
komórek eukariotycznych,

takie rzeczy zdarzały się cały czas.

Jeden organizm wchłaniał inny

i oba łączyły się w jeden organizm
o połączonych zdolnościach.

Przypuszczamy, że około
2 miliardy lat temu

jedynymi żywymi organizmami
na ziemi były prokarionty,

jednokomórkowe organizmy, pozbawione
organelli oddzielonych błoną komórkową.

Przyjrzyjmy się trzem takim organizmom.

Jeden był dużą, prostą komórką,
przypominającą kleksa,

która potrafiła wchłaniać różne rzeczy,
owijając je swoją błoną komórkową.

Kolejny był komórką bakterii,

która poprzez fotosyntezę zamieniała
energię słoneczną w cząsteczki cukru.

Trzeci wykorzystywał tlen do rozkładu
materiałów takich jak cukier,

aby uwolnić jego energię w formie
wykorzystywanej do czynności życiowych.

Komórki-kleksy czasem wchłaniały małe,
fotosyntetyczne bakterie.

Następnie bakterie te żyły w ich wnętrzu
i rozmnażały się jak zwykle,

ale ich funkcjonowanie
stało się powiązane.

Przyglądając się takiemu układowi,

można by pomyśleć, że to jeden organizm.

Że zielona, fotosyntetyczna bakteria
jest tylko częścią kleksa,

pełniącą jedną z jego funkcji życiowych,

tak samo jak serce jest częścią ciała,

pełniącą funkcję pompowania krwi.

Taki proces współżycia komórek
nazywa się endosymbiozą,

gdzie jeden organizm
żyje wewnątrz drugiego.

Jednak endosymbioza
na tym się nie skończyła.

A gdyby tak inne bakterie
też się wprowadziły?

Komórki tego gatunku zaczęły
stawać się bardzo złożone.

Były duże i pełne
skomplikowanych struktur,

które nazywamy chloroplastami
i mitochondriami.

Struktury te współpracują,
aby wykorzystać słońce,

wytwarzać cukry,

i rozkładać je przy użyciu tlenu,

który w tym czasie zaczął
pojawiać się w ziemskiej atmosferze.

Wchłanianie jednych
organizmów przez drugie

było jednym ze sposobów na
przystosowywanie się gatunków

do zmieniających się warunków otoczenia.

Ta historyjka pokazuje, czym jest
teoria endosymbiozy,

będąca obecnie najlepszym wyjaśnieniem
ewolucji złożonych komórek.

Jest sporo dowodów na poparcie tej teorii.

Przyjrzyjmy się trzem z nich.

Po pierwsze, chloroplasty i mitochondria
w naszych komórkach rozmnażają się

w ten sam sposób co pradawne bakterie,

które, nawiasem mówiąc, wciąż istnieją.

Po zniszczeniu tych struktur komórki,
nie powstaną nowe.

Komórka nie potrafi ich wytworzyć.

Mogą się one tylko powielać.

Drugi dowód:

zarówno chloroplasty, jak i mitochondria,
posiadają własne DNA i rybosomy.

Ich DNA ma kolisty kształt,

podobnie jak DNA pradawnych bakterii,

oraz zawiera wiele podobnych genów.

Rybosomy, wytwarzające białka
w chloroplastach i mitochondriach,

również mają strukturę podobną do
rybosomów pradawnych bakterii,

ale różnią się od rybosomów

występujących w innych częściach
komórki eukariotycznej.

Po trzecie, zwróćcie uwagę na membrany
w procesie wchłaniania.

Chloroplasty i mitochondria posiadają
dwie otaczające je membrany:

wewnętrzną i zewnętrzną.

Wewnętrzna membrana zawiera
pewne tłuszcze i białka,

które nie występują
w membranie zewnętrznej.

Dlaczego to takie ważne?

Ponieważ ich zewnętrzna membrana
była kiedyś częścią komórki-kleksa.

Po wchłonięciu, w procesie endosymbiozy,

zostały otoczone tą membraną, a także
zachowały własną, jako wewnętrzną.

Bez wątpienia te same

tłuszcze i białka występują
w membranach pradawnych bakterii.

Biolodzy posługują się tą teorią,

aby wyjaśnić pochodzenie
przeróżnych eukariotycznych organizmów.

Weźmy zielone algi, rosnące
na ścianach basenów.

Większa komórka eukariotyczna,
z obracającym się ogonem - wicią,

w pewnym momencie wchłonęła taką
algę i powstało coś, co nazywamy eugleną.

Euglena może przeprowadzać fotosyntezę,

rozkładać cukry przy pomocy tlenu

oraz poruszać się w wodzie.

Zgodnie z przewidywaniami teorii,

chloroplasty eugleny posiadają trzy błony,

ponieważ przed wchłonięciem
posiadały już dwie.

Według teorii endosymbiozy,
proces wchłaniania

pozwalał organizmom łączyć
przydatne umiejętności,

aby lepiej przystosować się
do życia na Ziemi.

Dzięki temu nowe gatunki
mogły dużo więcej

niż w przypadku osobnych organizmów.

Był to skok ewolucyjny, dzięki któremu

powstały mikroorganizmy, rośliny

oraz zwierzęta, które spotykamy
dzisiaj na naszej planecie.