كيف تشبه الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء البكتيريا؟

منذ ما يقرب من أربعة مليارات سنة ، ظهرت الأشكال الأولى للحياة على الأرض ، وكانت هذه أقدم أنواع البكتيريا. تطورت هذه البكتيريا بمرور الوقت وتشعبت في النهاية لتشكل العديد من أشكال الحياة التي نراها اليوم. تنتمي البكتيريا إلى مجموعة من الكائنات الحية تسمى بدائيات النوى ، وهي كيانات وحيدة الخلية لا تحتوي على بنى داخلية مرتبطة بأغشية. الفئة الأخرى من الكائنات الحية هي حقيقيات النوى التي لها نوى مرتبطة بغشاء وهياكل أخرى. الميتوكوندريا ، التي توفر الطاقة للخلية ، هي واحدة من هذه الهياكل المرتبطة بالغشاء والتي تسمى العضيات. البلاستيدات الخضراء هي عضيات في الخلايا النباتية يمكنها صنع الطعام. تشترك هاتان العضيتان كثيرًا مع البكتيريا وقد تكون قد تطورت بالفعل منها مباشرة.

تحمل البكتيريا الحمض النووي الخاص بها ، وهو الجزيء الذي يحتوي على الجينات ، في مكونات دائرية تسمى البلازميدات. تمتلك الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء الحمض النووي الخاص بها في هياكل تشبه البلازميد. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الحمض النووي للميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء ، مثله مثل البكتيريا ، لا يرتبط بهياكل واقية تسمى الهستونات التي تربط الحمض النووي. تصنع هذه العضيات الحمض النووي الخاص بها وتجمع البروتينات الخاصة بها بشكل مستقل عن بقية الخلية.

تصنع البكتيريا بروتينات في هياكل تسمى الريبوسومات. تبدأ عملية صنع البروتين بنفس الأحماض الأمينية ، وهي واحدة من 20 وحدة فرعية تشكل البروتينات. هذا الحمض الأميني الأولي هو N-formylmethionine في البكتيريا وكذلك الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء. N-formylmethionine هو شكل مختلف من ميثيونين الأحماض الأمينية. البروتينات المصنوعة في باقي ريبوسومات الخلية لها إشارة بداية مختلفة - ميثيونين عادي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن ريبوسومات البلاستيدات الخضراء تشبه إلى حد كبير الريبوسومات البكتيرية وتختلف عن ريبوسومات الخلية.

تجعل الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء الكثير من نفسها بنفس الطريقة تتكاثر البكتيريا. إذا تمت إزالة الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء من الخلية ، فلن تتمكن الخلية من صنع المزيد من هذه العضيات لتحل محل تلك التي تمت إزالتها. الطريقة الوحيدة التي يمكن بها تكرار هذه العضيات هي من خلال نفس الطريقة التي تستخدمها البكتيريا: الانشطار الثنائي. مثل البكتيريا ، تنمو الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء في الحجم ، وتنسخ الحمض النووي والبنى الأخرى ، ثم تنقسم إلى عضيتين متطابقتين.

يبدو أن وظيفة الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء تتعرض للخطر بسبب عمل نفس المضادات الحيوية التي تسبب مشاكل للبكتيريا. المضادات الحيوية مثل الستربتومايسين والكلورامفينيكول والنيومايسين تقتل البكتيريا ، ولكنها تسبب أيضًا أضرارًا للميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء. على سبيل المثال ، يعمل الكلورامفينيكول على الريبوسومات ، الهياكل الموجودة في الخلايا التي تشكل مواقع إنتاج البروتين. يعمل المضاد الحيوي على وجه التحديد على الريبوسومات البكتيرية. لسوء الحظ ، فإنه يؤثر أيضًا على الريبوسومات في الميتوكوندريا ، وتخلص دراسة أجريت عام 2012 من قبل الدكتور أليسون إي. بارنهيل وزملاؤه في كلية الطب البيطري بجامعة ولاية أيوا ونشروا في مجلة "Antimicrobial Agents and Chemotherapy".

بسبب أوجه التشابه المذهلة بين البلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا والبكتيريا ، بدأ العلماء يبحثون في علاقتهم مع بعضهم البعض. طور عالم الأحياء لين مارغوليس نظرية التعايش الداخلي في عام 1967 ، موضحًا أصل الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء في الخلايا حقيقية النواة. افترض الدكتور مارغوليس أن كل من الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء نشأت في عالم بدائيات النوى. كانت الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء في الواقع بدائيات النوى نفسها ، وهي بكتيريا بسيطة شكلت علاقة مع الخلايا المضيفة. كانت هذه الخلايا المضيفة بدائيات النوى التي لم تكن قادرة على العيش في بيئات غنية بالأكسجين وابتلعت هذه السلائف الميتوكوندريا. قدمت هذه الكائنات المضيفة الغذاء لسكانها في مقابل التمكن من البقاء على قيد الحياة في بيئة تحتوي على الأكسجين السام. قد تكون البلاستيدات الخضراء من الخلايا النباتية قد أتت من كائنات حية مشابهة للبكتيريا الزرقاء. جاءت طليعة البلاستيدات الخضراء لتعيش بشكل تكافلي مع الخلايا النباتية لأن هذه البكتيريا ستعيش تزويد مضيفيهم بالطعام على شكل جلوكوز بينما توفر الخلايا المضيفة مكانًا آمنًا لها حي.