Kā mitohondriji un hloroplasti atgādina baktērijas?

Tuvu pirms četriem miljardiem gadu uz Zemes parādījās pirmās dzīvības formas, un tās bija agrākās baktērijas. Šīs baktērijas laika gaitā attīstījās un galu galā sazarojās daudzās mūsdienās redzamajās dzīves formās. Baktērijas pieder organismu grupai, ko sauc par prokariotiem, vienšūnas vienībām, kas nesatur iekšējās struktūras, kas saistītas ar membrānām. Otra organismu klase ir eikarioti, kuriem ir ar membrānu saistīti kodoli un citas struktūras. Mitohondriji, kas nodrošina enerģiju šūnai, ir viena no šīm membrānām saistītajām struktūrām, ko sauc par organelliem. Hloroplasti ir augu šūnās esošie organelli, kas var pagatavot pārtiku. Šīm divām organellām ir daudz kopīga ar baktērijām, un tās faktiski var būt attīstījušās tieši no tām.

Baktērijas savu DNS, molekulu, kas satur gēnus, nes apļveida komponentos, ko sauc par plazmīdām. Mitohondrijām un hloroplastiem ir sava DNS, ko pārnēsā plazmīdām līdzīgās struktūrās. Turklāt mitohondriju un hloroplastu, tāpat kā baktēriju, DNS nepiesaistās aizsargsistēmām, kuras sauc par histoniem, kas saista DNS. Šie organelli veido paši savu DNS un sintezē paši olbaltumvielas, kas nav atkarīgas no pārējās šūnas.

Baktērijas veido olbaltumvielas struktūrās, ko sauc par ribosomām. Olbaltumvielu ražošanas process sākas ar to pašu aminoskābi, kas ir viena no 20 apakšvienībām, kas veido olbaltumvielas. Šī sākuma aminoskābe ir N-formilmetionīns baktērijās, kā arī mitohondrijos un hloroplastos. N-formilmetionīns ir atšķirīga amionskābes metionīna forma; olbaltumvielām, kas izgatavotas šūnas pārējās ribosomās, ir atšķirīgs sākuma signāls - vienkāršs metionīns. Turklāt hloroplastu ribosomas ir ļoti līdzīgas baktēriju ribosomām un atšķiras no šūnas ribosomām.

Mitohondriji un hloroplasti padara vairāk par sevi tāpat kā baktērijas vairojas. Ja mitohondriji un hloroplasti tiek noņemti no šūnas, šūna vairs nevar izveidot vairāk no šiem organoīdiem, lai aizstātu tos, kas tika noņemti. Vienīgais veids, kā šīs organellas var pavairot, ir tā pati metode, ko izmanto baktērijas: binārā šķelšanās. Tāpat kā baktērijas, arī mitohondriju un hloroplastu izmērs pieaug, tie dublē DNS un citas struktūras un pēc tam sadalās divās identiskās organellās.

Šķiet, ka mitohondriju un hloroplastu darbību apdraud to pašu antibiotiku darbība, kas baktērijām rada problēmas. Antibiotikas, piemēram, streptomicīns, levomicetīns un neomicīns, iznīcina baktērijas, taču tās arī nodara kaitējumu mitohondrijiem un hloroplastiem. Piemēram, levomicetīns darbojas uz ribosomām, šūnās esošajām struktūrām, kas ir olbaltumvielu ražošanas vieta. Antibiotika īpaši iedarbojas uz baktēriju ribosomām; diemžēl tas ietekmē arī mitohondriju ribosomas, secina Dr Alison E. 2012. gada pētījums. Barnhils un kolēģi Aiovas Valsts universitātes Veterinārmedicīnas koledžā un publicēti žurnālā "Antimikrobiālie līdzekļi un ķīmijterapija".

Sakarā ar pārsteidzošo līdzību starp hloroplastiem, mitohondrijiem un baktērijām, zinātnieki sāka izpētīt viņu savstarpējās attiecības. Biologs Linss Margulis 1967. gadā izstrādāja endosimbiotiku teoriju, izskaidrojot mitohondriju un hloroplastu izcelsmi eikariotu šūnās. Dr Margulis izvirzīja teoriju, ka gan mitohondriji, gan hloroplasti ir radušies prokariotu pasaulē. Mitohondriji un hloroplasti faktiski bija paši prokarioti, vienkāršas baktērijas, kas veidoja attiecības ar saimniekorganisma šūnām. Šīs saimniekšūnas bija prokarioti, kas nespēja dzīvot ar skābekli bagātā vidē un pārņēma šos mitohondriju prekursorus. Šie saimniekorganismi nodrošināja pārtiku saviem iedzīvotājiem apmaiņā pret spēju izdzīvot indīgā skābekli saturošā vidē. Augu šūnu hloroplasti, iespējams, nāk no organismiem, kas līdzīgi cianobaktērijām. Hloroplasta prekursors simbiotiski dzīvoja ar augu šūnām, jo ​​šīs baktērijas to darītu nodrošināt viņu saimniekus ar pārtiku glikozes veidā, kamēr saimniekšūnas piedāvā drošu vietu tiešraide.