Beveik prieš keturis milijardus metų Žemėje pasirodė pirmosios gyvybės formos, ir tai buvo ankstyviausios bakterijos. Šios bakterijos ilgainiui evoliucionavo ir galiausiai išsišakojo į daugelį šiandien matomų gyvenimo formų. Bakterijos priklauso organizmų, vadinamų prokariotais, vienaląsčių darinių grupei, kurioje nėra vidinių struktūrų, susietų su membranomis. Kita organizmų klasė yra eukariotai, turintys su membrana susietus branduolius ir kitas struktūras. Mitochondrijos, kurios teikia energiją ląstelei, yra viena iš šių su membrana susijusių struktūrų, vadinamų organeliais. Chloroplastai yra augalų ląstelių organeliai, galintys gaminti maistą. Šie du organeliai turi daug bendro su bakterijomis ir iš tikrųjų galėjo išsivystyti tiesiogiai iš jų.
Atskirus genomus
Bakterijos savo DNR, molekulę, kurioje yra genų, neša žiediniai komponentai, vadinami plazmidėmis. Mitochondrijos ir chloroplastai turi savo DNR, nešamą į plazmidę panašiomis struktūromis. Be to, mitochondrijų ir chloroplastų, kaip ir bakterijų, DNR neprisiriša prie DNR surišančių apsauginių struktūrų, vadinamų histonais. Šie organeliai gamina savo DNR ir sintetina savo baltymus, nepriklausomus nuo likusios ląstelės.
Baltymų sintezė
Bakterijos gamina baltymus struktūrose, vadinamose ribosomomis. Baltymų gamybos procesas prasideda ta pačia amino rūgštimi, viena iš 20 subvienetų, iš kurių susidaro baltymai. Ši pradinė amino rūgštis yra N-formilmetioninas bakterijose, taip pat mitochondrijose ir chloroplastuose. N-formilmetioninas yra kitokia aminorūgšties metionino forma; baltymai, pagaminti likusiose ląstelės ribosomose, turi skirtingą pradinį signalą - paprastas metioninas. Be to, chloroplastinės ribosomos yra labai panašios į bakterijų ribosomas ir skiriasi nuo ląstelės ribosomų.
Replikacija
Mitochondrijos ir chloroplastai daro daugiau savęs panašiai kaip dauginasi bakterijos. Jei mitochondrijos ir chloroplastai pašalinami iš ląstelės, ląstelė nebegali padaryti daugiau šių organelių, kad pakeistų pašalintus. Vienintelis šių organelių replikacijos būdas yra tas pats bakterijų naudojamas metodas: dvejetainis dalijimasis. Kaip ir bakterijos, mitochondrijų ir chloroplastų dydis auga, jų DNR ir kitos struktūros dubliuojasi, o paskui dalijasi į du identiškus organelius.
Jautrumas antibiotikams
Panašu, kad mitochondrijų ir chloroplastų funkcija yra pažeista dėl tų pačių antibiotikų, kurie sukelia problemų bakterijoms, veikimo. Antibiotikai, tokie kaip streptomicinas, chloramfenikolis ir neomicinas, naikina bakterijas, tačiau jie taip pat daro žalą mitochondrijoms ir chloroplastams. Pavyzdžiui, levomicetinas veikia ribosomas - ląstelių struktūras, kurios yra baltymų gamybos vietos. Antibiotikas veikia bakterijų ribosomas; deja, tai daro įtaką ir mitochondrijų ribosomoms, užbaigiama daktaro Alisono E 2012 m. Barnhillas ir kolegos iš Ajovos valstybinio universiteto veterinarijos koledžo ir paskelbti žurnale „Antimikrobiniai vaistai ir chemoterapija“.
Endosymbiotic teorija
Dėl ryškių chloroplastų, mitochondrijų ir bakterijų panašumų mokslininkai pradėjo nagrinėti jų santykius. Biologas Lynnas Margulis 1967 m. Sukūrė endosimbiozijos teoriją, paaiškindamas mitochondrijų ir chloroplastų kilmę eukariotinėse ląstelėse. Gydytojas Margulis teigė, kad tiek mitochondrijos, tiek chloroplastai atsirado prokariotiniame pasaulyje. Mitochondrijos ir chloroplastai iš tikrųjų buvo patys prokariotai - paprastos bakterijos, kurios užmezgė ryšį su ląstelėmis šeimininkėmis. Šios ląstelės šeimininkės buvo prokariotai, kurie negalėjo gyventi deguonies turtingoje aplinkoje ir apėmė šiuos mitochondrijų pirmtakus. Šie šeimininkai organizmai tiekė maistą savo gyventojams mainais už galimybę išgyventi nuodingoje deguonies turinčioje aplinkoje. Augalinių ląstelių chloroplastai galėjo būti iš organizmų, panašių į cianobakterijas. Chloroplasto pirmtakas simbioziškai gyveno su augalų ląstelėmis, nes šios bakterijos tai darytų aprūpinti savo šeimininkus maistu gliukozės pavidalu, o ląstelės šeimininkėms - saugi vieta gyventi.
