The buněčný původ pochází před více než 3,5 miliardami let. Způsob, jakým tyto funkční jednotky vznikly, vzbudil u vědců po několik století zvědavost..
Původ života per se to bylo doprovázeno původem buněk. V primitivním prostředí byly podmínky prostředí velmi odlišné od toho, co pozorujeme dnes. Koncentrace kyslíku byla prakticky nulová a v atmosféře dominovalo jiné složení plynů..
Různé laboratorní zkušenosti prokázaly, že za počátečních podmínek prostředí Země je možná polymerace různých biomolekul charakteristických pro organické systémy, konkrétně: aminokyseliny, cukry atd..
Molekula s katalytickou kapacitou a schopná replikace (potenciálně RNA) by mohla být uzavřena ve fosfolipidové membráně a tvořit první primitivní prokaryotické buňky, které se vyvinuly podle darwinovských principů.
Podobně je původ eukaryotické buňky obvykle vysvětlen pomocí endosymbiotické teorie. Tato myšlenka podporuje, že velká bakterie spolkla menší a postupem času vytvořila organely, které dnes známe (chloroplasty a mitochondrie).
Rejstřík článků
Buňka je termín, který pochází z latinského kořene cellula, což znamená dutý. Jedná se o funkční a strukturní jednotky živých věcí. Termín poprvé použil v sedmnáctém století badatel Robert Hooke, když pod mikroskopem zkoumal korkovou vrstvu a pozoroval jakýsi druh buněk.
S tímto objevem se více vědců - zejména příspěvky Theodora Schwanna a Matthiase Schleidena - začalo zajímat o mikroskopickou strukturu živé hmoty. Tímto způsobem se zrodil jeden z nejdůležitějších pilířů biologie: buněčná teorie..
Tato teorie tvrdí, že: (a) všechny organické bytosti jsou složeny z buněk; (b) buňky jsou jednotkou života; c) chemické reakce, které udržují život, se vyskytují v mezích buňky a d) veškerý život pochází z již existujícího života.
Tento poslední postulát je shrnut ve slavné frázi Rudolfa Virchowa: „omnis cellula e cellula”- všechny buňky jsou odvozeny z jiných již existujících buněk. Ale odkud se vzala první buňka? Dále popíšeme hlavní teorie, které se snaží vysvětlit původ prvních buněčných struktur.
Původ života je fenomén úzce spojený s původem buněk. Na Zemi existují dvě buněčné formy života: prokaryoty a eukaryoty..
Obě linie se v zásadě liší svou složitostí a strukturou, přičemž eukaryoty jsou větší a složitější organismy. To neznamená, že prokaryoty jsou jednoduché - jediný prokaryotický organismus je organizovaná a složitá aglomerace různých molekulárních komplexů..
Vývoj obou odvětví života je jednou z nejzajímavějších otázek ve světě biologie.
Chronologicky se život odhaduje na 3,5 až 3,8 miliardy let. To se objevilo přibližně 750 milionů let po vzniku Země.
Na počátku 20. let 20. století se začala rozvíjet myšlenka, že organické makromolekuly mohou spontánně polymerovat za podmínek prostředí primitivní atmosféry - s nízkými koncentracemi kyslíku a vysokými koncentracemi CO.dva a Ndva, plus řada plynů jako Hdva, HdvaS a CO.
Předpokládá se, že hypotetická primitivní atmosféra poskytovala redukční prostředí, které společně se zdrojem energie (jako je sluneční světlo nebo elektrické výboje) vytvářelo podmínky vedoucí k polymeraci organických molekul..
Tato teorie byla experimentálně potvrzena v roce 1950 výzkumníkem Stanley Millerem během postgraduálního studia..
Po upřesnění nezbytných podmínek pro vznik molekul, které najdeme u všech živých bytostí, je nutné navrhnout primitivní molekulu se schopností ukládat informace a replikovat se - současné buňky ukládají genetickou informaci v jazyce čtyř nukleotidů v Molekula DNA.
Doposud nejlepším kandidátem pro tuto molekulu je RNA. Až v roce 1980 objevili vědci Sid Altman a Tom Cech katalytické schopnosti této nukleové kyseliny, včetně polymerace nukleotidů - což je kritický krok ve vývoji života a buněk..
Z těchto důvodů se věří, že život začal používat RNA jako genetický materiál, a ne DNA, jak to dělá drtivá většina současných forem..
Jakmile jsou získány makromolekuly a molekula schopná uchovávat informace a replikovat se, je pro stanovení hranic mezi živým a extracelulárním prostředím nezbytná existence biologické membrány. Evolučně tento krok označil původ prvních buněk.
Předpokládá se, že první buňka vznikla z molekuly RNA, která byla uzavřena membránou složenou z fosfolipidů. Ty druhé jsou amfipatické molekuly, což znamená, že jedna část je hydrofilní (rozpustná ve vodě) a druhá část je hydrofobní (nerozpustná ve vodě)..
Když jsou fosfolipidy rozpuštěny ve vodě, mají schopnost spontánně agregovat a vytvářet lipidovou dvojvrstvu. Polární hlavy jsou seskupeny čelem k vodnému prostředí a hydrofobním ocasům uvnitř, ve vzájemném kontaktu.
Tato bariéra je termodynamicky stabilní a vytváří prostor, který umožňuje buňce oddělit se od extracelulárního prostředí..
V průběhu času pokračovala RNA uzavřená v lipidové membráně ve své evoluční cestě sledující darwinovské mechanismy - dokud nepředložila složité procesy, jako je syntéza proteinů.
Jakmile byly tyto primitivní buňky vytvořeny, začal vývoj metabolických drah, které dnes známe. Nejpravděpodobnějším scénářem vzniku prvních buněk je oceán, takže první buňky dokázaly získávat potravu a energii přímo z prostředí.
Když se jídlo stalo vzácným, musely se objevit určité buněčné varianty s alternativními metodami získávání potravy a generování energie, které jim umožnily pokračovat v replikaci..
Generování a kontrola buněčného metabolismu jsou nezbytné pro jeho kontinuitu. Ve skutečnosti jsou hlavní metabolické dráhy mezi současnými organismy široce konzervované. Například bakterie i savec provádějí glykolýzu.
Bylo navrženo, že výroba energie se vyvíjela ve třech fázích, počínaje glykolýzou, následovanou fotosyntézou a konče oxidačním metabolismem..
Vzhledem k tomu, že v primitivním prostředí chyběl kyslík, je pravděpodobné, že časné metabolické reakce se neobešly bez něj..
Buňky byly jedinečně prokaryotické až do doby před asi 1,5 miliardami let. V této fázi se objevily první buňky se skutečným jádrem a organely samy. Nejvýznamnější teorií v literatuře, která vysvětluje vývoj organel, je endosymbiotická teorie (endo znamená interní).
Organismy nejsou izolovány ve svém prostředí. Biologická společenství představují více interakcí, jak antagonistických, tak synergických. Zastřešující termín používaný pro různé interakce je symbióza - dříve používáno pouze pro vzájemné vztahy mezi dvěma druhy.
Interakce mezi organismy mají důležité evoluční důsledky a nejdramatičtějším příkladem je endosymbiotická teorie, kterou původně navrhl americký výzkumník Lynn Margulis v 80. letech..
Podle této teorie byly některé eukaryotické organely - například chloroplasty a mitochondrie - původně volně žijícími prokaryotickými organismy. V určitém okamžiku evoluce byl prokaryot spolknut větším, ale nebyl tráven. Místo toho přežil a byl uvězněn uvnitř většího organismu..
Kromě přežití byly synchronizovány doby reprodukce mezi dvěma organismy, které se podařilo předat dalším generacím.
V případě chloroplastů pohltil organismus veškerý enzymatický aparát k provádění fotosyntézy a dodával většímu organismu produkty těchto chemických reakcí: monosacharidy. V případě mitochondrií se předpokládá, že by pohlcený prokaryot mohl být rodovou α-proteobakterií.
Potenciální identita většího hostitelského organismu je však v literatuře otevřenou otázkou..
Pohltený prokaryotický organismus ztratil buněčnou stěnu a během evoluce prošel příslušnými modifikacemi, z nichž vznikly moderní organely. To je v podstatě endosymbiotická teorie.
V současné době existuje několik faktů, které podporují teorii endosymbiózy, jmenovitě: (a) velikost současných mitochondrií a chloroplastů je podobná jako u prokaryot; (b) tyto organely mají svůj vlastní genetický materiál a syntetizují část proteinů, i když nejsou zcela nezávislé na jádře a (c) existuje mnoho biochemických podobností mezi oběma biologickými entitami.
Vývoj eukaryotických buněk je spojen s řadou výhod oproti prokaryotickým buňkám. Nárůst velikosti, složitosti a rozčlenění umožnil rychlý vývoj nových biochemických funkcí.
Po příchodu eukaryotické buňky přišla mnohobuněčnost. Pokud buňka „chce“ využívat výhod větší velikosti, nemůže jednoduše růst, protože povrch buňky musí být velký ve vztahu k jejímu objemu.
Organismy s více než jednou buňkou tedy dokázaly zvětšit svou velikost a rozdělit úkoly mezi více buněk, které je tvoří..
Zatím žádné komentáře