TEORI ENDOSIMBIOTIK: SEJARAH, APA YANG DICADANGKANNYA, CONTOH - BIOLOGI - 2026

The teori endosymbiotic oendosymbiosis (endo, di dalam dan simbiosis, hidup bersama-sama) menimbulkan asal-usul organel yang berbeza di dalam eukariot daripada hubungan simbiotik antara prokariot nenek moyang.

Dalam hubungan ini, prokariota ditelan oleh yang lebih besar. Akhirnya, organisma terkecil tidak dicerna, tetapi bertahan dan dimasukkan ke dalam sitoplasma inangnya.

Teori endosymbiotik bertujuan untuk menjelaskan asal usul organel eukariotik, seperti kloroplas. Sumber: pixabay.com

Agar kesinambungan evolusi berlaku, kedua organisma harus mempunyai masa replikasi yang serupa. Akibat dari pembahagian yang disegerakkan adalah keturunan tuan rumah mengandungi organisma simbiotik.

Oleh itu, disarankan bahawa kloroplas adalah hasil dari endosimbiosis antara organisma heterotrofik dan sianobacterium yang, dari masa ke masa, menjadi plastid. Begitu juga, spekulasi bahawa mitokondria berasal dari evolusi mereka dalam kumpulan alpha-proteobacteria.

Walaupun idea-idea ini mula terbentuk di benak para saintis abad ke-19, idea-idea ini diambil, diubah, dan disokong dengan tepat pada pertengahan tahun 1960-an oleh Lynn Margulis.

Beberapa bukti teori ini adalah persamaan antara organel dan bakteria dari segi ukuran, organisasi genom, struktur ribosom dan homologi molekul.

Sejarah

1900-1920: sumbangan dari Mereschkowsky, Portier, dan Wallien

Bagi kebanyakan ahli biologi, teori endosimbiotik langsung dikaitkan dengan Lynn Margulis. Walau bagaimanapun, beberapa saintis sebelum Margulis mengemukakan hipotesis awal untuk menjelaskan asal-usul organel eukariotik.

Idea pertama yang berkaitan dengan teori endosymbiotik dikaitkan dengan ahli botani Rusia Constantin Mereschkowsky, yang membuat penerangan mengenai asal-usul plastid (organel tumbuhan yang merangkumi kloroplas, kromoplas, amiloplas, antara lain) pada tahun 1905.

Pendekatan pengarang ini pada dasarnya terdiri daripada peristiwa simbiotik antara cyanobacteria "dikurangkan" dan inang. Walaupun pemikiran saintis Mereschkowsky itu inovatif buat masa ini, ia tidak memberikan penjelasan mengenai asal usul organel eukariotik yang lain.

Pada tahun 1918, ahli biologi Perancis Paul Portier melihat kemiripan antara bakteria dan mitokondria. Walaupun idea-idea itu berada di landasan yang tepat, penulis mencadangkan penanaman mitokondria di luar sel, metodologi yang ditolak oleh rakan-rakannya.

Pada pertengahan tahun 1920-an, asal mitokondria diperluas oleh ahli biologi asli dari Amerika Syarikat Ivan Wallin, yang yakin bahawa organel ini adalah keturunan dari organisma prokariotik.

Malangnya, Wallin tidak menemui mekanisme yang masuk akal untuk transformasi yang dicadangkan, oleh itu teori endosimbiotik dilupakan selama beberapa tahun.

1960: sumbangan daripada Lynn Margulis

Tidak sampai tahun 1960-an, seorang penyelidik Universiti Boston bernama Lynn Margulis mengusulkan teori endosimbiotik dengan kuat, berdasarkan bukti sitologi, biokimia, dan paleontologi.

Hari ini, teori endosimbiotik diterima dengan normal, tetapi pada zaman Margulis ideanya diperlakukan dengan keraguan - yang menyebabkan penolakan karyanya oleh lebih dari 15 jurnal ilmiah.

Apa yang dicadangkan oleh teori endosymbiotik?

Asal sel prokariotik pertama berasal dari lebih dari 3,5 bilion tahun, dan ia kekal seperti ini selama kira-kira 1.5 bilion tahun tambahan. Selepas jangka masa ini, dianggap sel eukariotik pertama muncul, yang dikenal dengan kerumitannya, kehadiran nukleus dan organel.

Dalam biologi, salah satu topik yang paling penting adalah asal dan evolusi sel eukariotik, dan salah satu teori yang ingin menjelaskannya adalah teori endosimbiotik.

Ini mencadangkan asal-usul organel dari peristiwa simbiosis antara organisma prokariotik leluhur, yang dengan berlalunya masa disatukan dan organisme yang diliputi dikurangkan dan menjadi komponen sitoplasma yang terbesar.

Salah satu akibat teori endosimbiotik adalah pemindahan gen secara mendatar antara organisma prokariotik yang terlibat dalam perkaitan simbiotik, dari "organel" baru ke genom nuklear inang.

Bukti

Di bawah ini kami akan membentangkan satu siri bukti umum yang menyokong teori endosimbiotik:

Saiz

Ukuran organel eukariotik (menyebutnya kloroplas atau mitokondria) agak serupa dengan organisma bakteria moden.

Ribosom

Salah satu perbezaan yang paling terkenal antara keturunan eukariotik dan prokariotik terletak pada ukuran subunit besar dan kecil yang membentuk ribosom - struktur yang terlibat dalam sintesis protein.

Kloroplas dan mitokondria mempunyai ribosom di dalamnya dan ini menunjukkan sifat ribosom yang dijelaskan dalam eubacteria.

Bahan genetik

Kedua kloroplas dan mitokondria dicirikan oleh mempunyai genom bulat mereka sendiri - sama seperti organisma prokariotik.

Genom mitokondria

Genom mitokondria terdiri dari gen yang memberi kod untuk sebilangan kecil RNA ribosom dan memindahkan RNA yang terlibat dalam sintesis protein organel yang dimaksudkan.

Sebilangan besar protein struktural dan enzim mitokondria dikodekan oleh gen yang berada dalam bahan genetik nuklear.

Organisasi genom mitokondria berbeza-beza antara keturunan eukariotik. Pada manusia, misalnya, genom mitokondria adalah molekul bulat yang menampung sekitar 16.569 pasangan asas yang memberi kod untuk dua RNA ribosom, 22 RNA pemindahan, dan hanya 13 protein.

Genom kloroplas

Berbeza dengan genom mitokondria, genom kloroplas sedikit lebih besar dan mengandungi maklumat yang diperlukan untuk sintesis kira-kira 120 protein.

Akibat dari genom organel

Mod pembahagian kloroplas dan mitokondria yang pelik menunjukkan corak bukan Mendel. Iaitu, pembiakan berlaku melalui pembiakannya (seperti pada bakteria) dan bukan dengan sintesis selular de novo.

Fenomena ini berlaku kerana adanya bahan genetik unik yang tidak dapat kita temui di inti sel. Mitokondria diwarisi oleh garis keibuan dan di sebilangan besar tanaman dengan pembiakan seksual, kloroplas menyumbang kepada zigot dalam pembentukan oleh tanaman ibu.

Homologi molekul

Berkat penjujukan gen, telah menjadi jelas bahawa urutan RNA ribosom dan gen lain dalam mitokondria dan kloroplas lebih berkait rapat dengan urutan bakteria daripada urutan yang terdapat di inti eukariota.

Urutan DNA mitokondria sangat mirip dengan urutan yang terdapat dalam kumpulan bakteria tertentu yang disebut alpha-proteobacteria. Bukti ini menunjukkan bahawa kemungkinan organisma yang berpartisipasi dalam acara endosymbiotic adalah alpha-proteobacterium leluhur.

Sebaliknya, urutan kloroplas nampaknya berkaitan erat dengan cyanobacteria, sekumpulan eubacteria dengan mesin enzimatik yang diperlukan untuk melakukan reaksi fotosintetik.

Asal mitokondria

Mitokondria hari ini mungkin timbul dari peristiwa yang berlaku antara 1 hingga 1,5 miliar tahun yang lalu, di mana sel anaerobik besar melanda bakteria aerobik yang lebih kecil, dengan mesin enzimatik yang diperlukan untuk fosforilasi oksidatif.

Organisme aerobik menyediakan inangnya kemampuan untuk menghasilkan lebih banyak ATP untuk setiap molekul organik yang merosot.

Ketika teori endosimbiotik mendapat penerimaan dalam komuniti saintifik, identiti taksonomi organisma leluhur yang terlibat dalam simbiosis diperdebatkan dengan hangat.

Hari ini, idea digunakan bahawa inang besar adalah archaea dan organisma yang diliputi (seperti yang kita sebutkan sebelumnya) adalah alpha-proteobacterium - walaupun beberapa varian teori mengusulkan bakteria anaerob, kerana terdapat beberapa bentuk anaerobik mitokondria seperti hidrogen.

Asal plastid

Asal plastid primer

Walaupun pada akhir 1960-an teori simbiotik disokong oleh bukti kuat dari pelbagai bidang biologi, tidak sampai tahun 1990-an kemajuan pesat dalam teknik pemprosesan dan penjujukan bioinformatik memberikan bukti pada tahap molekul.

Kajian perbandingan berdasarkan filogeni molekul dapat mengesan asal-usul gen yang dikodkan oleh plastid pada tumbuhan ke cyanobacteria. Selanjutnya, mereka menunjukkan pemindahan gen dari genom endosymbiont ke genom nuklear tuan rumah.

Pembentukan plastid pertama dianggarkan berlaku 1.5 bilion tahun yang lalu, walaupun angka temporal masih kontroversi di kalangan saintis.

Asal plastid sekunder

Walaupun pembentukan cyanobacteria nenek moyang dalam inang prokariotik menjelaskan asal-usul plastid primer, sejarah evolusi menjadi kompleks ketika seseorang berusaha menjelaskan asal-usul plastik sekunder yang kita dapati dalam beberapa organisma fotosintetik.

Plastid sekunder ini dicirikan oleh adanya membran tambahan, iaitu satu atau dua membran tambahan ke dua membran yang biasanya mengelilingi organel. Jumlah membran ini merumitkan penafsirannya, kerana jika prokariota leluhur menelan cyanobacterium, ia tidak akan memperoleh ketiga-tiga atau empat membran.

Oleh itu, jawapan yang bijak untuk masalah evolusi ini adalah untuk mengusulkan pelbagai peristiwa endosymbiosis. Dalam konteks ini, sel tumbuhan dengan plastid yang sudah ada diliputi oleh inang kedua, akhirnya menyusut menjadi plastid.

Dalam beberapa kes, kejadian endosymbiotik ketiga berlaku. Bilangan simbiosis dan sifat tuan rumah dibincangkan dalam literatur, walaupun ada bukti empirikal yang menyokong idea pelbagai peristiwa endosymbiosis.

Rujukan

1. Anderson, PW (1983). Model yang dicadangkan untuk evolusi prebiotik: Penggunaan kekacauan. Prosiding Akademi Sains Nasional, 80 (11), 3386-3390.
2. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologi: Kehidupan di Bumi. Pendidikan Pearson.
3. Campbell, AN, & Reece, JB (2005). Biologi. Editorial Médica Panamericana.
4. Chan, CX & Bhattacharya, D. (2010) Asal Plastid. Pendidikan Alam 3 (9): 84.
5. Gama, M. (2007). Biologi 1: Pendekatan Konstruktivis. Pendidikan Pearson.
6. Kelabu, MW (2017). Lynn Margulis dan hipotesis endosymbiont: 50 tahun kemudian. Biologi molekul sel, 28 (10), 1285-1287.
7. Hogeweg, P., & Takeuchi, N. (2003). Pemilihan bertingkat dalam model evolusi prebiotik: petak dan organisasi diri spasial. Asal-usul Kehidupan dan Evolusi Biosfera, 33 (4-5), 375-403.
8. Lane, N. (2017). Endosymbiosis bersiri atau peristiwa tunggal pada asal eukariot? Jurnal biologi teori, 434, 58-67.
9. Lazcano, A., & Miller, SL (1996). Asal dan evolusi awal kehidupan: kimia prebiotik, dunia pra-RNA, dan masa. Sel, 85 (6), 793-798.
10. Margulis, L. (2004). Teori endosymbiotik bersiri (SET) dan keperibadian komposit. Mikrobiologi Hari Ini, 31 (4), 172-175.
11. Schrum, JP, Zhu, TF, & Szostak, JW (2010). Asal-usul kehidupan selular. Perspektif Cold Spring Harbor dalam biologi, a002212.
12. Stano, P., & Mavelli, F. (2015). Model Protocells dalam Asal Kehidupan dan Biologi Sintetik. Kehidupan, 5 (4), 1700–1702.