אילו תכונות חולקות מיטוכונדריה וחיידקים?

לפני כ -1.5 מיליארד שנה, חיידקים פרימיטיביים התגוררו בתוך תאים גדולים יותר, וכתוצאה מכך נוצר קשר אינטימי שיעצב את התפתחותם של יצורים מורכבים ורב-תאיים. התא הגדול יותר היה אוקריוטי, כלומר הכיל אברונים - מבנים המוקפים בקרומים, אך לתא החיידק הפרוקריוטי לא היה סידור כזה. התאים הגדולים חששו מחמצן, רעל לקיומם, אך התאים הקטנים השתמשו בחמצן כדי ליצור אנרגיה בצורה של מולקולת אדנוזין טריפוספט, או ATP. התא האוקריוטי עטף את החיידקים בצורה טורפת, אך איכשהו, הטורף לא עיכל את הטרף. טורף וטרף הפכו תלויים זה בזה. הביולוגית לשעבר מאוניברסיטת בוסטון, לין מרגוליס, ציינה את התרחיש האנדוזימביוטי הזה בתורת המוצא שלה של המיטוכונדריה, מפעלי האנרגיה של התאים, והסיבה לדמיון הרב שלהם לחיידקים תאים.

בהתבסס על מראה בלבד, מדענים יכולים לשרטט קשר בין המיטוכונדריה לחיידקים. למיטוכונדריה צורות שמנמנות דמויי ג'לי, הדומות לחיידקי הבצילי בצורת מוט. אורך הבצילוס הממוצע נע בין 1 ל -10 מיקרון, והמיטוכונדריה של תאי הצמח וגם של בעלי החיים נמדדת באותו טווח. תצפיות שטחיות אלה מהוות שורה אחת של ראיות התומכות בתיאוריה לפיה תאים אוקריוטים פרימיטיביים אפסו תאי חיידקים ויצרו קשרים מועילים הדדית.

חיידקים מתרבים בתהליך שנקרא ביקוע; כאשר חיידק מגיע לגודל שנקבע מראש, הוא צובט את עצמו באמצע ויוצר שני אורגניזמים. בתאים אוקריוטיים המיטוכונדריה משכפלים את עצמם בתהליך דומה. מרכז הפיקוד של התא, או גרעין, מסמן לתא לייצר אברונים, בדרך כלל לקראת אירוע חלוקת תאים; אולם רק המיטוכונדריה - והכלורופלסטים של הצמחים - משכפלים את עצמם. בעוד שאברונים אחרים יכולים להיות מיוצרים מחומרים בתוך התא, המיטוכונדריה והכלורופלסטים חייבים להתחלק בכדי להגדיל את מספרם. כאשר אספקת האנרגיה בצורת ATP הולכת ומתרוקנת, המיטוכונדריה מתחלקת כדי ליצור יותר מיטוכונדריה לייצור אנרגיה.

למיטוכונדריה יש קרומים פנימיים וחיצוניים, כאשר הקרום הפנימי מורכב מקפלים המכונים cristae. לקרומי תאים חיידקיים יש קפלים המכונים מזוסומים הדומים לקריסטה. ייצור אנרגיה מתרחש בקפלים אלה. הקרום המיטוכונדריאלי הפנימי מכיל את אותם סוגים של חלבונים וחומרים שומניים כמו קרום הפלזמה החיידקי. קרום המיטוכונדריה החיצוני ודופן התא של החיידקים מכילים גם מבנים דומים. חומרים זורמים באופן חופשי למדי והחוצה מהקרומים החיצוניים של המיטוכונדריה וקירות התא החיצוניים של החיידקים; עם זאת, הן הממברנות הפנימיות המיטוכונדריה והן קרומי הפלזמה של חיידקים מגבילים את מעברם של חומרים רבים.

גם תאים פרוקריוטים וגם איקריוטים משתמשים ב- DNA כדי לשאת את הקוד לייצור חלבונים. בעוד שתאים אוקריוטים נושאים DNA כפול גדילי בצורת סולם מעוות הנקרא סליל, תאים חיידקיים מקבלים את ה- DNA שלהם בלולאות מעגליות הנקראות פלסמידים. המיטוכונדריה נושאת גם DNA משלהם לייצור חלבונים משלהם, ללא תלות בשאר התא; כמו חיידקים, גם המיטוכונדריה משלבת את ה- DNA שלהם בלולאות. מיטוכונדריון ממוצע מכיל בין שניים לעשרה מהפלסמידים הללו. מבנים אלה מכילים את המידע הדרוש להפעלת כל התהליכים, כולל שכפול, בתוך המיטוכונדריה או החיידקים.

חלבונים מבצעים את כל התפקודים בתוך התאים, וייצור חלבונים, או סינתזת חלבונים, מהווה אחד התפקידים העיקריים של התא. כל סינתזת החלבונים מתרחשת אך ורק בתוך מבנים כדוריים הנקראים ריבוזומים, המפוזרים בכל התא. המיטוכונדריה נושאת ריבוזומים משלהם כדי לייצר את החלבונים שהם זקוקים להם. ניתוחים מיקרוסקופיים וכימיים מגלים כי מבנה הריבוזומים המיטוכונדריאליים נראה יותר דומה לריבוזומים חיידקיים מאשר לריבוזומים של תאים אוקריוטים. בנוסף, אנטיביוטיקה מסוימת, למרות שהם מזיקים לתאים אוקריוטים, משפיעים על סינתזת החלבון גם במיטוכונדריה וגם חיידקים, דבר המצביע על כך שמנגנון סינתזת החלבון במיטוכונדריה דומה לזה של חיידקים ולא תאים איקריוטיים.