Storia della teoria endosimbiotica, cosa propone, esempi

IL teoria endosimbiotica Oendosimbiosi (endo, dentro e simbiosi, vivere insieme) solleva l'origine dei diversi organelli presenti negli eucarioti dalle relazioni simbiotiche tra i procarioti ancestrali.

In questa relazione, un prokaryota è stato inghiottito da una dimensione più grande. Alla fine, il più piccolo organismo non è stato digerito, ma è sopravvissuto ed è stato incorporato nel citoplasma del suo ospite.

La teoria endosimbiotica cerca di spiegare l'origine degli organelli eucariotici, come i cloroplasti. Fonte: Pixabay.com

Per verificare la continuità evolutiva, entrambi gli organismi dovevano avere tempi di replica simili. La conseguenza di una divisione sincronizzata è che i discendenti dell'ospite contenevano l'organismo Symbiote.

Pertanto, si propone che i cloroplasti siano il risultato di un'endosimbiosi tra un organismo eterotrofico e un cianobatterio che, nel tempo, divenne un plastidium. Allo stesso modo, si ipotizza che i mitocondri abbiano la loro origine evolutiva nel gruppo Alpha-Proteobacteria.

Sebbene queste idee iniziassero ad allenarsi nelle menti di diversi scienziati del diciannovesimo secolo, fu ripresa, modificata e sostenuta correttamente a metà degli anni '60 da Lynn Margulis.

Alcune delle prove di questa teoria sono la somiglianza tra organelli e batteri in termini di dimensioni, organizzazione del genoma, struttura dei ribosomi e omologia molecolare.

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Storia

1900-1920: Contributi Meschkowsky, Portier e Wallien

Per la maggior parte dei biologi, la teoria endosimbiotica è immediatamente associata a Lynn Margulis. Tuttavia, diversi scienziati prima di Margulis proponevano ipotesi incipienti per spiegare l'origine degli organelli eucariotici.

Le prime idee relative alle teorie endosimbiotiche sono attribuite al botanico russo Costantin Mereschkowsky, che ha fatto una descrizione dell'origine dei plastidi (organelli delle piante che includono cloroplasti, cromoplasti, amiloplasti, tra gli altri) nell'anno 1905).

L'approccio di questo autore consiste sostanzialmente in un evento simbiotico tra un cianobatterio "ridotto" e un ospite. Mentre il pensiero dello scienziato Mereschkowsky è stato innovativo per l'epoca, non ha dato una spiegazione per l'origine degli altri organelli eucariotici.

Nel 1918, il biologo francese Paul Portier notò una certa somiglianza tra batteri e mitocondri. Sebbene le idee fossero sulla buona strada, l'autore ha proposto la coltivazione di mitocondri al di fuori delle cellule, una metodologia che è stata respinta dai suoi colleghi.

A metà -20, l'origine dei mitocondri fu estesa dal biologo degli Stati Uniti Ivan Wallin, che era convinto che questi organelli fossero discendenti di organismi procariotici.

Sfortunatamente, Wallin non ha trovato un meccanismo plausibile per la trasformazione rialzata, quindi la teoria endosimbiotica è stata dimenticata per alcuni anni.

1960: Contributi di Lynn Margulis

Non è stato fino agli anni '60 in cui un giovane ricercatore della Boston University di nome Lynn Margulis propone la teoria endosimbiotica in un abbastanza robusto, basato su citologiche, biochimiche e prove paleontologiche.

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Attualmente, la teoria endosimbiotica è accettata normalmente, ma ai tempi di Margulis le loro idee sono state trattate con marcato scetticismo, il che ha causato il rifiuto del loro lavoro per più di 15 riviste scientifiche.

Ciò che propone la teoria endosimbiotica?

L'origine della prima cellula procariotica risale a più di 3.5 miliardi di anni ed è rimasto in questo modo per circa 1.Ulteriori 5 miliardi di anni. Dopo questo periodo temporale, si presume che siano apparse le prime cellule eucariotiche, identificate dalla loro complessità, presenza di core e organelli.

All'interno della biologia, uno degli argomenti più importanti è l'origine e l'evoluzione della cellula eucariotica e una delle teorie che cerca di spiegare è la teoria endosimbiotica.

Ciò propone l'origine degli organelli da eventi di simbiosi tra organismi procariotici ancestrali, che nel tempo sono stati integrati e il corpo inghiottito è stato ridotto e divenne una componente citoplasmatica del più grande del più grande.

Una delle conseguenze della teoria endosimbiotica è il trasferimento orizzontale di geni tra gli organismi procariotici coinvolti nell'associazione simbiotica, dal nuovo "organello" al genoma nucleare ospite.

Prova

Successivamente presenteremo una serie di prove generali che supportano la teoria endosimbiotica:

Misurare

La dimensione degli eucarioti (chiama cloroplasti o mitocondri) è abbastanza simile a quella degli attuali organismi batterici.

Ribosomi

Una delle differenze più acclamate tra Eucariota e Prokaryotes risiede nella dimensione di subunità grandi e piccole che compongono i ribosomi - quelli strutturali coinvolti nella sintesi proteica.

I cloroplasti e i mitocondri hanno ribosomi all'interno e questi mostrano le caratteristiche dei ribosomi descritti negli eubatteri.

Materiale genetico

Sia i cloroplasti che i mitocondri sono caratterizzati dalla presentazione del loro genoma circolare - come organismi procariotici.

Genoma dei mitocondri

Il genoma dei mitocondri è formato da geni che codificano per un piccolo numero di RNA ribosomiali e trasferiscono l'RNA che sono coinvolti nella sintesi delle proteine ​​degli organelli in questione.

La stragrande maggioranza delle proteine ​​strutturali e degli enzimi mitocondriali sono codificati da geni residenti in materiale genetico nucleare.

L'organizzazione del genoma mitocondriale varia ampiamente tra lignaggi eucariotici. Nell'umano, ad esempio, il genoma mitocondriale è una molecola circolare che ospita circa 16.569 coppie di basi che codificano per due RNA ribosomiali, 22 RNA di trasferimento e solo 13 proteine.

Genoma cloroplasto

Contrariamente al genoma mitocondriale, quello dei cloroplasti in un po 'più grande e contiene le informazioni necessarie per la sintesi di circa 120 proteine.

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Conseguenze del genoma di organelli

La particolare modalità di divisione dei cloroplasti e dei mitocondri mostra uno schema non magico. Cioè, la riproduzione si verifica attraverso la sua riproduzione (come nei batteri) e non dalla sintesi cellulare di novo.

Questo fenomeno si verifica a causa dell'esistenza di materiale genetico unico che non troviamo nel nucleo della cellula. I mitocondri sono ereditati dalla linea materna e nella stragrande maggioranza delle piante con riproduzione sessuale, i cloroplasti sono contribuiti allo zigote in formazione da parte della pianta madre.

Omologie molecolari

Grazie al sequenziamento dei geni, è stata una prova.

Le sequenze di DNA dei mitocondri sono notevolmente simili alle sequenze trovate in uno specifico gruppo di batteri chiamati alfa-proteobatteri. Questa evidenza indica che il possibile organismo che ha partecipato all'evento endosimbiotico era un ancestrale ancestrale.

Al contrario, le sequenze di cloroplasti sembrano strettamente correlate ai cianobatteri, un gruppo di eubatteri con il macchinario enzimatico necessario per eseguire reazioni fotosintetiche.

L'origine dei mitocondri

Gli attuali mitocondri avrebbero potuto emergere da un evento che si è verificato tra 1 e 1.5 miliardi di anni, in cui una grande cellula anaerobica ha inghiottito un batterio aerobico più piccolo, con il meccanismo enzimatico necessario per la fosforilazione ossidativa.

Il corpo aerobico ha fornito al suo ospite la possibilità di generare più ATP per ogni molecola organica degradata.

Poiché la teoria endosimbiotica ha vinto l'accettazione nella comunità scientifica, l'identità tassonomica degli organismi ancestrali coinvolti nella simbiosi è stata discussa.

Oggi, l'idea che il grande ospite fosse un archea e gli organismi Engulf (come menzionato in precedenza) era un alfa -proteobatteri - sebbene alcune varianti della teoria propongono a un batterio anaerobico, poiché esistono diverse forme anaerobiche di mitocondri come idrogenosomi.

L'origine dei Plastidos

Origine dei plastidi primari

Sebbene alla fine degli anni '60 la teoria simbiotica fosse supportata da prove robuste da più campi di biologia, non è stato fino agli anni '90 quando i rapidi progressi nelle tecniche di sequenziamento e elaborazione bioinformatica mostrano prove a livello molecolare.

Studi comparativi basati sulle filogenie molecolari gestite. Inoltre, hanno dimostrato il trasferimento di geni dal genoma endosimbiont al genoma nucleare ospite.

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Si stima che si verifichi l'istituzione dei primi plastidi 1.5 miliardi di anni, sebbene la figura temporanea rimanga controversa tra gli scienziati.

Origine dei plastidi secondari

Sebbene l'istituzione di un cianobatterio ancestrale all'interno di un ospite procariotico spieghi l'origine dei plastidi primari, la storia evolutiva diventa complessa quando cerca di spiegare l'origine della plastica secondaria che troviamo in alcuni organismi fotosintetici.

Questi plasticini secondari sono caratterizzati dalla presenza di membrane aggiuntive, cioè una o due membrane Caratteristiche aggiuntive alle due membrane che di solito circondano l'organello. Questo numero di membrane complica l'interpretazione, poiché se un prokaryota ancestrale suina un cianobatteri non otterrebbe le tre o quattro membrane.

Pertanto, una risposta geniale a questo problema evolutivo era proporre eventi di endosimbiosi multipla. In questo contesto, una cellula vegetale con un plastidio esistente è stata inghiottita da un secondo ospite e infine ridotta a un plastidium.

In alcuni casi sorge un terzo evento endosimbiotico. Il numero di simbiosi e la natura dell'ospite sono discussi in letteratura, sebbene ci siano prove empiriche che supportano l'idea di eventi multipli di endosimbiosi.

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