PINAGMULAN NG CELL: PANGUNAHING MGA TEORYA (PROKARYOTIC AT EUKARYOTIC) - BIOLOGY - 2026

Ang pinagmulan ng mga cell date ay bumalik sa higit sa 3.5 bilyong taong gulang. Ang paraan kung saan nagmula ang mga functional unit na ito ay nagpukaw ng pagkamausisa ng mga siyentipiko sa loob ng maraming siglo.

Ang pinagmulan ng buhay bawat se ay sinamahan ng pinagmulan ng mga cell. Sa isang primitive na kapaligiran, ang mga kondisyon ng kapaligiran ay naiiba sa kung ano ang napagmasdan natin ngayon. Ang oxygen na konsentrasyon ay halos zero, at ang kapaligiran ay pinangungunahan ng isa pang komposisyon ng mga gas.

Pinagmulan: pixabay.com

Ang iba't ibang mga karanasan sa laboratoryo ay nagpakita na sa ilalim ng paunang kondisyon ng kapaligiran ng Earth, ang polimerisasyon ng iba't ibang mga biomolecules na katangian ng mga organikong sistema ay posible, lalo na: amino acid, sugars, atbp.

Ang isang molekula na may kapasidad ng catalytic at upang kopyahin ang kanyang sarili (potensyal, isang RNA) ay maaaring nakapaloob sa isang lamad ng phospholipid, na bumubuo ng unang primitive na prokaryotic cells, na nagbago ng pagsunod sa mga prinsipyo ni Darwinian.

Gayundin, ang pinagmulan ng eukaryotic cell ay karaniwang ipinaliwanag gamit ang endosymbiotic theory. Sinusuportahan ng ideyang ito na ang isang malaking bakterya na napuno ng isang mas maliit at sa paglipas ng oras ay nagmula sa mga organelles na alam natin ngayon (chloroplast at mitochondria).

Ang teorya ng cell

Ang cell ay isang term na nagmula sa Latin root cellula, na nangangahulugang guwang. Ito ang mga functional at istruktura na yunit ng mga nabubuhay na bagay. Ang termino ay unang ginamit noong ika-17 siglo ng mananaliksik na si Robert Hooke, nang sinusuri niya ang isang sheet ng tapunan sa ilalim ng ilaw ng isang mikroskopyo at pinagmasdan ang isang uri ng mga cell.

Sa pagtuklas na ito, mas maraming mga siyentipiko - kapansin-pansin ang mga kontribusyon nina Theodor Schwann at Matthias Schleiden - ay naging interesado sa mikroskopikong istraktura ng bagay na may buhay. Sa ganitong paraan, ang isa sa mga pinakamahalagang haligi ng biology ay ipinanganak: cell theory.

Hawak ng teorya na: (a) lahat ng mga organikong nilalang ay binubuo ng mga cell; (b) ang mga cell ay ang yunit ng buhay; (c) ang mga reaksiyong kemikal na nagpapanatili ng buhay ay nangyayari sa loob ng mga limitasyon ng cell at (d) lahat ng buhay ay nagmula sa nauna nang umiiral na buhay.

Ang huling postulate na ito ay buod sa sikat na parirala ng Rudolf Virchow: "omnis cellula e cellula" - lahat ng mga cell ay nagmula sa iba pang mga mayroon nang mga cell. Ngunit saan nagmula ang unang cell? Susunod ay ilalarawan namin ang mga pangunahing teorya na naghahangad na ipaliwanag ang pinagmulan ng unang mga istruktura ng cellular.

Ebolusyon ng prokaryotic cell

Ang pinagmulan ng buhay ay isang kababalaghan na malapit na nauugnay sa pinagmulan ng mga cell. Sa mundo, mayroong dalawang mga cellular na anyo ng buhay: prokaryotes at eukaryotes.

Ang parehong mga linya ay magkakaiba talaga sa mga tuntunin ng kanilang pagiging kumplikado at istraktura, na ang mga eukaryotes ay mas malaki at mas kumplikadong mga organismo. Hindi ito sasabihin na ang prokaryotes ay simple - isang solong prokaryotic na organismo ay isang organisado at masalimuot na pagsasama-sama ng iba't ibang mga molekular na complex.

Ang ebolusyon ng parehong mga sanga ng buhay ay isa sa mga pinaka-kapana-panabik na mga katanungan sa mundo ng biology.

Sa pagkakasunud-sunod, ang buhay ay tinatayang 3.5 hanggang 3.8 bilyong taong gulang. Lumitaw ito humigit-kumulang 750 milyong taon pagkatapos ng pagbuo ng Earth.

Ebolusyon ng mga paunang buhay na anyo: Mga eksperimento sa Miller

Sa unang bahagi ng 1920 ang ideya na ang mga organikong macromolecules ay maaaring kusang mag-polimerize sa ilalim ng mga kondisyon ng kapaligiran ng isang primitive na kapaligiran - na may mababang konsentrasyon ng oxygen at mataas na konsentrasyon ng CO ₂ at N ₂ , pati na rin ang isang serye ng ng mga gas tulad ng H ₂ , H ₂ S, at CO.

Ipinapalagay na ang hypothetical primitive na kapaligiran ay nagbigay ng isang pagbabawas ng kapaligiran, na kasama ng isang mapagkukunan ng enerhiya (tulad ng sikat ng araw o mga de-kuryenteng paglabas), nilikha ang mga kondisyon na naaayon sa polymerization ng mga organikong molekula.

Ang teoryang ito ay nakumpirma sa eksperimento noong 1950 sa pamamagitan ng mananaliksik na si Stanley Miller sa panahon ng kanyang pag-aaral.

Ang pangangailangan para sa isang molekula na may self-replicating at catalytic properties: ang mundo ng RNA

Matapos tukuyin ang mga kinakailangang kondisyon para sa pagbuo ng mga molekula na nahanap natin sa lahat ng mga nabubuhay na nilalang, kinakailangan upang magmungkahi ng isang primitive molekula na may kakayahang mag-imbak ng impormasyon at magtiklop mismo - ang mga kasalukuyang cells ay nag-iimbak ng impormasyon sa genetic sa ilalim ng isang wika ng apat ang mga nucleotide sa molekula ng DNA.

Sa ngayon, ang pinakamahusay na kandidato para sa molekula na ito ay RNA. Ito ay hindi hanggang 1980 na natuklasan ng mga mananaliksik na sina Sid Altman at Tom Cech ang mga catalytic na kakayahan ng nucleic acid na ito, kabilang ang polymerization ng mga nucleotides - isang kritikal na hakbang sa ebolusyon ng buhay at mga cell.

Para sa mga kadahilanang ito, pinaniniwalaan na ang buhay ay nagsimulang gamitin ang RNA bilang genetic material, at hindi ang DNA bilang karamihan ng mga kasalukuyang form na ginagawa.

Limitahan ang mga hadlang sa buhay: phospholipids

Kapag nakuha na ang macromolecules at ang molekula na may kakayahang mag-imbak ng impormasyon at muling pagdidikit, ang pagkakaroon ng isang biological membrane ay kinakailangan upang matukoy ang mga hangganan sa pagitan ng buhay at extracellular na kapaligiran. Ebolusyon, ang hakbang na ito ay minarkahan ang pinagmulan ng mga unang cells.

Ang unang cell ay pinaniniwalaang lumabas mula sa isang molekula ng RNA na nakapaloob sa isang lamad na binubuo ng mga phospholipids. Ang huli ay mga molekulang molekula, na nangangahulugang ang isang bahagi ay hydrophilic (natutunaw sa tubig) at ang iba pang bahagi ay hydrophobic (hindi natutunaw sa tubig).

Kapag ang mga phospholipid ay natunaw sa tubig, mayroon silang kakayahang kusang mag-iipon at bumubuo ng isang lipid bilayer. Ang mga ulo ng polar ay pinagsama-sama na nakaharap sa may tubig na kapaligiran at ang mga hydrophobic tails sa loob, sa pakikipag-ugnay sa bawat isa.

Ang hadlang na ito ay thermodynamically stabil at lumilikha ng isang kompartimento na nagpapahintulot sa cell na ihiwalay mula sa ekstra sa ekstra.

Sa paglipas ng oras, ang RNA na nakapaloob sa loob ng lipid lamad ay nagpatuloy sa ebolusyonaryong landas nito kasunod ng mga mekanismo ng Darwinian - hanggang sa paglalahad ng mga kumplikadong proseso tulad ng synt synthesis.

Ebolusyon ng metabolismo

Kapag nabuo ang mga primitive cells na ito, ang pagbuo ng metabolic pathways na alam natin ngayon ay nagsimula. Ang pinaka-posible na senaryo para sa pinagmulan ng mga unang cells ay ang karagatan, kaya ang mga unang cells ay nakakuha ng pagkain at enerhiya nang direkta mula sa kapaligiran.

Kapag naging mahirap ang pagkain, ang ilang mga variant ng cell ay kailangang lumitaw na may mga alternatibong pamamaraan sa pagkuha ng pagkain at pagbuo ng enerhiya na nagpapahintulot sa kanila na ipagpatuloy ang kanilang pagtitiklop.

Ang henerasyon at kontrol ng metabolismo ng cell ay mahalaga para sa pagpapatuloy nito. Sa katunayan, ang mga pangunahing landas na metabolic ay malawak na natipid sa mga kasalukuyang organismo. Halimbawa, ang parehong isang bakterya at isang mammal ay nagsasagawa ng glycolysis.

Iminungkahi na ang henerasyon ng enerhiya ay umusbong sa tatlong yugto, na nagsisimula sa glycolysis, kasunod ng fotosintesis, at nagtatapos sa metabolismo ng oxidative.

Yamang ang primitive na kapaligiran ay kulang ng oxygen, posible na ang unang metabolic reaksyon ay wala ito.

Ebolusyon ng eukaryotic cell

Ang mga cell ay kakaibang prokaryotic hanggang sa 1.5 bilyong taon na ang nakalilipas. Sa yugtong ito, ang unang mga cell na may isang tunay na nucleus at organelles mismo ang lumitaw. Ang pinakatanyag na teorya sa panitikan na nagpapaliwanag ng ebolusyon ng mga organelles ay ang teorya ng endosymbiotic (endo nangangahulugang panloob).

Ang mga organismo ay hindi nakahiwalay sa kanilang kapaligiran. Ang mga pamayanang biolohiko ay nagtatanghal ng maraming mga pakikipag-ugnay, parehong antagonistic at synergistic. Ang isang termino ng payong na ginagamit para sa iba't ibang mga pakikipag-ugnay ay simbolo - dating ginamit lamang para sa magkakaugnay na relasyon sa pagitan ng dalawang species.

Ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga organismo ay may mahalagang ebolusyon na kahihinatnan, at ang pinaka-dramatikong halimbawa nito ay ang teorya ng endosymbiotic, na unang iminungkahi ng mananaliksik ng Amerikanong si Lynn Margulis noong 1980s.

Ang mga postulat ng teorya ng endosymbiotic

Ayon sa teoryang ito, ang ilang mga eukaryotic organelles - tulad ng mga chloroplast at mitochondria - sa una ay mga malayang buhay na prokaryotic na organismo. Sa ilang mga punto sa ebolusyon, isang prokaryote ay nilamon ng isang mas malaki, ngunit hindi hinuhukay. Sa halip, nakaligtas siya at nakulong sa loob ng mas malaking organismo.

Bilang karagdagan sa kaligtasan ng buhay, ang mga oras ng pagpaparami sa pagitan ng dalawang mga organismo ay naka-synchronize, na namamahala upang maipasa sa mga sunud-sunod na henerasyon.

Sa kaso ng mga chloroplast, ang engulfed na organismo ay nagpakita ng lahat ng makinarya ng enzymatic upang magsagawa ng fotosintesis, na nagbibigay ng mas malaking organismo sa mga produkto ng mga reaksiyong kemikal na ito: monosaccharides. Sa kaso ng mitochondria, nai-post na ang napuno na prokaryote ay maaaring maging isang ancestral α-proteobacteria.

Gayunpaman, ang potensyal na pagkakakilanlan ng mas malaking host organismo ay isang bukas na tanong sa panitikan.

Nawala ang nahawakan na prokaryotic na organismo ng pader ng cell nito, at sa buong ebolusyon ay sumailalim sa mga nauugnay na pagbabago na nagmula sa mga modernong organelles. Ito ay, sa kakanyahan, ang teorya ng endosymbiotic.

Mga ebidensya para sa teorya ng endosymbiotic

Sa kasalukuyan mayroong maraming mga katotohanan na sumusuporta sa teorya ng endosymbiosis, lalo na: (a) ang laki ng kasalukuyang mitochondria at chloroplast ay katulad ng sa prokaryotes; (b) ang mga organelles na ito ay may sariling genetic material at synthesize ang bahagi ng mga protina, bagaman hindi sila ganap na independiyenteng ng nucleus at (c) mayroong maraming mga pagkakatulad ng biochemical sa pagitan ng parehong biological entities.

Mga kalamangan ng pagiging eukaryotic

Ang ebolusyon ng eukaryotic cells ay nauugnay sa isang serye ng mga pakinabang sa prokaryotes. Ang pagtaas ng laki, pagiging kumplikado at compartipikalisasyon pinapayagan ang mabilis na ebolusyon ng nobelang biochemical function.

Pagkatapos ng pagdating ng eukaryotic cell, dumating ang multicellularity. Kung ang isang cell ay "nais" upang tamasahin ang mga pakinabang ng isang mas malaking sukat, hindi ito maaaring lumago, dahil ang cell ibabaw ay dapat na malaki na may kaugnayan sa dami nito.

Sa gayon, ang mga organismo na may higit sa isang cell ay nakapagpataas ng kanilang laki at namahagi ng mga gawain sa maraming mga cell na bumubuo sa kanila.

Mga Sanggunian

1. Altstein, AD (2015). Ang progene hypothesis: ang nucleoprotein mundo at kung paano nagsimula ang buhay. Biology Direct, 10, 67.
2. Anderson, PW (1983). Iminungkahing modelo para sa prebiotic evolution: Ang paggamit ng kaguluhan. Mga pamamaraan ng National Academy of Sciences, 80 (11), 3386-3390.
3. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biology: Buhay sa Lupa. Edukasyon sa Pearson.
4. Campbell, AN, & Reece, JB (2005). Biology. Editoryal na Médica Panamericana.
5. Gama, M. (2007). Biology 1: isang Diskarte sa Konstruktivista. Edukasyon sa Pearson.
6. Hogeweg, P., & Takeuchi, N. (2003). Pagpipilian ng multilevel sa mga modelo ng prebiotic evolution: compartment at spatial self-organization. Pinagmulan ng Buhay at Ebolusyon ng Biosmos, 33 (4-5), 375-403.
7. Lazcano, A., & Miller, SL (1996). Ang pinagmulan at unang bahagi ng ebolusyon ng buhay: kimika ng prebiotic, ang pre-RNA mundo, at oras. Cell, 85 (6), 793-798.
8. McKenney, K., & Alfonzo, J. (2016). Mula sa prebiotics hanggang probiotics: Ang ebolusyon at pag-andar ng mga pagbabago sa tRNA. Buhay, 6 (1), 13.
9. Schrum, JP, Zhu, TF, & Szostak, JW (2010). Ang pinagmulan ng buhay ng cellular. Ang pananaw ng Cold Spring Harbour sa biology, a002212.
10. Silvestre, DA, & Fontanari, JF (2008). Ang mga modelo ng package at ang impormasyon ng krisis ng prebiotic evolution. Journal of theoretical biology, 252 (2), 326-337.
11. Stano, P., & Mavelli, F. (2015). Mga modelo ng Protocells sa Pinagmulan ng Buhay at Synthetic Biology. Buhay, 5 (4), 1700–1702.