ENDOSIMBIYOTIK TEORI: TARIH, NE ÖNERIR, ÖRNEKLER - BIYOLOJI - 2025

Endosimbiyotik teorinin oendosymbiosis (endo, içinde ve simbiyoz, birlikte yaşama) atalarının prokaryotlar arasındaki simbiyotik ilişkilerinden ökaryotlarda bulunan farklı organellerin kökenini ortaya çıkarmaktadır.

Bu ilişkide bir prokaryot, daha büyük olanı tarafından yutuldu. Sonunda, en küçük organizma sindirilmedi, ancak hayatta kaldı ve ev sahibinin sitoplazmasına dahil edildi.

Endosimbiyotik teori, kloroplastlar gibi ökaryotik organellerin kökenini açıklamaya çalışır. Kaynak: Pixabay.com

Evrimsel sürekliliğin oluşması için her iki organizmanın da benzer replikasyon sürelerine sahip olması gerekiyordu. Senkronize bir bölünmenin sonucu, konağın yavrularının simbiyotik organizmayı içermesidir.

Bu nedenle, kloroplastların, heterotrofik bir organizma ile siyanobakteri arasındaki bir endosimbiyozun sonucu olduğu ve zamanla bir plastid haline geldiği öne sürülür. Benzer şekilde, mitokondrinin evrimsel kökeninin alfa-proteobakteriler grubunda olduğu tahmin edilmektedir.

Bu fikirler 19. yüzyıl bilim adamlarının kafasında oluşmaya başlasa da, 1960'ların ortalarında Lynn Margulis tarafından uygun şekilde benimsendi, değiştirildi ve sürdürüldü.

Bu teorinin kanıtlarından bazıları, büyüklük, genomun organizasyonu, ribozomların yapısı ve moleküler homoloji açısından organellerle bakteriler arasındaki benzerliktir.

Tarih

1900-1920: Mereschkowsky, Portier ve Wallien'den katkılar

Çoğu biyolog için, endosimbiyotik teori anında Lynn Margulis ile ilişkilendirilir. Bununla birlikte, Margulis'ten önce birkaç bilim adamı, ökaryotik organellerin kökenini açıklamak için yeni başlayan hipotezler önerdi.

Endosimbiyotik teorilerle ilgili ilk fikirler, 1905'te plastidlerin (kloroplastlar, kromoplastlar, amiloplastlar içeren bitki organelleri) kökeninin bir tanımını yapan Rus botanikçi Constantin Mereschkowsky'ye atfedilir.

Bu yazarın yaklaşımı temelde "indirgenmiş" siyanobakteriler ile konakçı arasındaki simbiyotik olaydan oluşur. Bilim adamı Mereschkowsky'nin düşüncesi o dönem için yenilikçi olsa da, diğer ökaryotik organellerin kökeni için bir açıklama sağlamadı.

1918'de Fransız biyolog Paul Portier, bakteri ve mitokondri arasında belirli bir benzerlik olduğunu fark etti. Fikirler doğru yolda olmasına rağmen, yazar, meslektaşları tarafından reddedilen bir metodoloji olan mitokondrinin hücrelerin dışında kültürlenmesini önerdi.

1920'lerin ortalarında mitokondrinin kökeni, bu organellerin prokaryotik organizmaların torunları olduğuna ikna olan Amerika Birleşik Devletleri'nden yerli biyolog Ivan Wallin tarafından genişletildi.

Ne yazık ki Wallin, önerilen dönüşüm için makul bir mekanizma bulamadı, bu nedenle endosimbiyotik teori birkaç yıldır unutuldu.

1960: Lynn Margulis'in katkıları

1960'lara kadar, Lynn Margulis adlı genç bir Boston Üniversitesi araştırmacısı, sitolojik, biyokimyasal ve paleontolojik kanıtlara dayanarak endosimbiyotik teoriyi oldukça sağlam bir şekilde önerdi.

Bugün, endosimbiyotik teori normal bir şekilde kabul ediliyor, ancak Margulis'in zamanında fikirleri belirgin bir şüpheyle ele alındı ​​- bu da çalışmalarının 15'ten fazla bilimsel dergi tarafından reddedilmesine neden oldu.

Endosimbiyotik teori ne önerir?

İlk prokaryotik hücrenin kökeni 3,5 milyar yıldan fazladır ve yaklaşık 1,5 milyar yıl daha bu şekilde kalmıştır. Bu süreden sonra, karmaşıklıkları, çekirdek ve organellerin varlığı ile tanımlanan ilk ökaryotik hücrelerin ortaya çıktığı varsayılmaktadır.

Biyolojide en önemli konulardan biri ökaryotik hücrenin kökeni ve evrimidir ve bunu açıklamaya çalışan teorilerden biri de endosimbiyotik teoridir.

Bu, organellerin kökenini, atalardan kalma prokaryotik organizmalar arasındaki simbiyoz olaylarından önermektedir; bu, zamanın geçmesiyle bütünleşmiş ve yutulmuş organizma azaltılmış ve en büyüğünün sitoplazmik bir bileşeni haline gelmiştir.

Endosimbiyotik teorinin sonuçlarından biri, yeni "organelden" konakçının nükleer genomuna simbiyotik birliktelikte yer alan prokaryotik organizmalar arasında genlerin yatay transferidir.

Kanıt

Aşağıda endosimbiyotik teoriyi destekleyen bir dizi genel kanıt sunacağız:

Boyut

Ökaryotik organellerin boyutu (buna kloroplast veya mitokondri denir) modern bakteri organizmalarıyla oldukça benzerdir.

Ribozomlar

Ökaryotik ve prokaryotik soylar arasındaki en beğenilen farklılıklardan biri, ribozomları oluşturan büyük ve küçük alt birimlerin boyutunda bulunur - protein sentezinde yapısal olarak yer alır.

Kloroplastlar ve mitokondri, içlerinde ribozomlara sahiptir ve bunlar, öbakterilerde tanımlanan ribozom özelliklerini sergiler.

Genetik materyal

Hem kloroplastlar hem de mitokondri, tıpkı prokaryotik organizmalar gibi kendi dairesel genomlarına sahip olmaları ile karakterize edilir.

Mitokondriyal genom

Mitokondriyal genom, söz konusu organelin protein sentezinde yer alan az sayıda ribozomal RNA ve transfer RNA'yı kodlayan genlerden oluşur.

Yapısal proteinlerin ve mitokondriyal enzimlerin büyük çoğunluğu nükleer genetik materyalde bulunan genler tarafından kodlanır.

Mitokondriyal genomun organizasyonu ökaryotik soylar arasında büyük farklılıklar gösterir. Örneğin insanlarda mitokondriyal genom, iki ribozomal RNA, 22 transfer RNA ve yalnızca 13 protein kodlayan yaklaşık 16.569 baz çiftini barındıran dairesel bir moleküldür.

Kloroplast genomu

Mitokondriyal genomun aksine, kloroplast genomu biraz daha büyüktür ve yaklaşık 120 proteinin sentezi için gerekli bilgiyi içerir.

Organel genomunun sonuçları

Kloroplastların ve mitokondrinin tuhaf bölünme şekli, Mendel olmayan bir model gösterir. Yani üreme, de novo hücresel sentezle değil, üremesiyle (bakterilerde olduğu gibi) gerçekleşir.

Bu fenomen, hücrenin çekirdeğinde bulamadığımız eşsiz genetik materyalin varlığından kaynaklanmaktadır. Mitokondri, anne soyu tarafından miras alınır ve eşeyli üreyen bitkilerin büyük çoğunluğunda, kloroplastlar, ana bitki tarafından zigota oluşumunda katkıda bulunur.

Moleküler homolojiler

Gen dizilimi sayesinde, mitokondri ve kloroplastlardaki ribozomal RNA ve diğer genlerin dizilerinin, ökaryotların çekirdeğinde bulunan dizilerden daha yakından bakteri dizileri ile ilişkili olduğu ortaya çıktı.

Mitokondrinin DNA sekansları, alfa-proteobakteriler adı verilen belirli bir bakteri grubunda bulunan sekanslara oldukça benzer. Bu kanıt, endosimbiyotik olaya katılan olası organizmanın atalardan kalma bir alfa-proteobakteri olduğunu göstermektedir.

Aksine, kloroplast dizileri, fotosentetik reaksiyonları gerçekleştirmek için gerekli enzimatik mekanizmaya sahip bir grup öbakteriler olan siyanobakterilerle yakından ilişkili görünmektedir.

Mitokondrinin kökeni

Bugünün mitokondrileri, 1 ila 1,5 milyar yıl önce meydana gelen ve büyük bir anaerobik hücrenin, oksidatif fosforilasyon için gerekli enzimatik mekanizma ile daha küçük bir aerobik bakteriyi yutması durumunda meydana gelen bir olaydan kaynaklanmış olabilir.

Aerobik organizma, ev sahibine bozulmuş her organik molekül için daha fazla ATP üretme yeteneği sağladı.

Endosimbiyotik teori bilim camiasında kabul gördükçe, simbiyozda yer alan atasal organizmaların taksonomik kimliği ateşli bir şekilde tartışıldı.

Bugün, büyük konağın bir arke olduğu ve yutulmuş organizmanın (daha önce bahsettiğimiz gibi) bir alfa-proteobakteri olduğu fikri kullanılmaktadır - teorinin bazı varyantları, birkaç anaerobik form olduğundan, anaerobik bir bakteri önermektedir. mitokondri gibi hidrojensomlar.

Plastidlerin kökeni

Birincil plastidlerin kaynağı

1960'ların sonlarında simbiyotik teori, birçok biyoloji alanından sağlam kanıtlarla desteklense de, biyoinformatik işleme ve sıralama tekniklerindeki hızlı ilerlemelerin moleküler düzeyde kanıt sağlaması 1990'lara kadar değildi.

Moleküler filogenilere dayalı karşılaştırmalı çalışmalar, bitkilerde plastidler tarafından kodlanan genlerin siyanobakterilere kadar kökenini izleyebildi. Dahası, genlerin endosymbiont genomundan konakçı nükleer genoma transferini gösterdiler.

İlk plastidlerin kuruluşunun 1,5 milyar yıl önce gerçekleştiği tahmin ediliyor, ancak zamansal rakam bilim adamları arasında tartışmalı olmaya devam ediyor.

İkincil plastidlerin kökeni

Prokaryotik bir konakta atalardan kalma bir siyanobakterinin kurulması, birincil plastitlerin kökenini açıklasa da, bazı fotosentetik organizmalarda bulduğumuz ikincil plastiklerin kökenini açıklamaya çalıştığında evrimsel tarih karmaşık hale gelir.

Bu ikincil plastidler, ek membranların, yani genellikle organeli çevreleyen iki membrana bir veya iki ekstra membranın varlığı ile karakterize edilir. Bu sayıda zar, yorumu zorlaştırır, çünkü eğer bir atadan kalma prokaryot bir siyanobakteri yutarsa, üç veya dört zarın hepsini elde edemezdi.

Bu nedenle, bu evrimsel soruna ustaca bir cevap, çoklu endosimbiyoz olaylarını önermekti. Bu bağlamda, halihazırda mevcut bir plastide sahip bir bitki hücresi ikinci bir konakçı tarafından yutuldu ve sonunda bir plastide küçüldü.

Bazı durumlarda üçüncü bir endosimbiyotik olay meydana gelir. Çoklu endosimbiyoz olayları fikrini destekleyen deneysel kanıtlar olmasına rağmen, ortakyaşamların sayısı ve konağın doğası literatürde tartışılmıştır.

Referanslar

1. Anderson, PW (1983). Prebiyotik evrim için önerilen model: Kaos kullanımı. Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri, 80 (11), 3386-3390.
2. Audesirk, T., Audesirk, G. ve Byers, BE (2003). Biyoloji: Dünyadaki Yaşam. Pearson eğitimi.
3. Campbell, AN ve Reece, JB (2005). Biyoloji. Editoryal Médica Panamericana.
4. Chan, CX & Bhattacharya, D. (2010) Plastidlerin Kökeni. Doğa Eğitimi 3 (9): 84.
5. Gama, M. (2007). Biyoloji 1: Yapılandırmacı Bir Yaklaşım. Pearson Education.
6. Gri, MW (2017). Lynn Margulis ve endosymbiont hipotezi: 50 yıl sonra. Hücrenin moleküler biyolojisi, 28 (10), 1285-1287.
7. Hogeweg, P. ve Takeuchi, N. (2003). Prebiyotik evrim modellerinde çok düzeyli seçim: bölmeler ve mekansal kendi kendine organizasyon. Yaşamın Kökenleri ve Biyosferin Evrimi, 33 (4-5), 375-403.
8. Lane, N. (2017). Ökaryotların kökeninde seri endosimbiyoz mu yoksa tekil olay mı? Teorik biyoloji dergisi, 434, 58-67.
9. Lazcano, A. ve Miller, SL (1996). Yaşamın kökeni ve erken evrimi: prebiyotik kimya, RNA öncesi dünya ve zaman. Cell, 85 (6), 793-798.
10. Margulis, L. (2004). Seri endosimbiyotik teori (SET) ve bileşik bireysellik. Microbiology Today, 31 (4), 172-175.
11. Schrum, JP, Zhu, TF ve Szostak, JW (2010). Hücresel yaşamın kökenleri. Biyolojide Cold Spring Harbor perspektifleri, a002212.
12. Stano, P. ve Mavelli, F. (2015). Yaşamın Kökeni ve Sentetik Biyolojide Proto Hücreler Modelleri. Hayat, 5 (4), 1700–1702.