Близько чотирьох мільярдів років тому на Землі з’явилися перші форми життя, і це були найдавніші бактерії. Ці бактерії з часом еволюціонували і з часом розгалужились на безліч форм життя, що спостерігаються сьогодні. Бактерії належать до групи організмів, які називаються прокаріоти, одноклітинні утворення, які не містять внутрішніх структур, пов'язаних мембранами. Інший клас організмів - це еукаріоти, що мають ядра, пов’язані з мембраною, та інші структури. Мітохондрії, які забезпечують клітиною енергію, є однією з таких мембранно зв'язаних структур, які називаються органелами. Хлоропласти - це органели в рослинних клітинах, які можуть виробляти їжу. Ці дві органели мають багато спільного з бактеріями і, можливо, насправді еволюціонували безпосередньо від них.
Окремі геноми
Бактерії несуть свою ДНК, молекулу, яка містить гени, у кругових компонентах, званих плазмідами. Мітохондрії та хлоропласти мають власну ДНК, що переноситься у плазмідоподібних структурах. Крім того, ДНК мітохондрій та хлоропластів, як і бактерії, не прикріплюється до захисних структур, званих гістонами, які зв’язують ДНК. Ці органели створюють власну ДНК і синтезують власні білки, незалежно від решти клітини.
Синтез білка
Бактерії утворюють білки в структурах, званих рибосомами. Процес утворення білка починається з тієї ж амінокислоти, однієї з 20 субодиниць, що складають білки. Цією вихідною амінокислотою є N-формилметионін у бактеріях, а також мітохондріях та хлоропластах. N-формилметионін - це інша форма амінокислоти метіонін; білки, що утворюються в решті рибосом клітини, мають інший сигнал старту - звичайний метіонін. Крім того, хлоропластові рибосоми дуже схожі на бактеріальні рибосоми і відрізняються від рибосом клітини.
Реплікація
Мітохондрії та хлоропласти роблять більше себе приблизно так само, як розмножуються бактерії. Якщо мітохондрії та хлоропласти видалити з клітини, клітина не зможе більше виробляти таких органел на заміну видаленим. Єдиний спосіб відтворення цих органел - це той самий метод, який застосовують бактерії: бінарне поділ. Як і бактерії, мітохондрії та хлоропласти збільшуються в розмірах, дублюють свою ДНК та інші структури, а потім діляться на дві однакові органели.
Чутливість до антибіотиків
Функція мітохондрій та хлоропластів, здається, порушена під дією тих самих антибіотиків, які створюють проблеми для бактерій. Такі антибіотики, як стрептоміцин, левоміцетин і неоміцин, вбивають бактерії, але вони також завдають шкоди мітохондріям та хлоропластам. Наприклад, хлорамфенікол діє на рибосоми, структури клітин, які є місцями вироблення білка. Антибіотик спеціально діє на бактеріальні рибосоми; на жаль, це також впливає на рибосоми в мітохондріях, підсумовує дослідження доктора Елісон Е. Барнхілл та його колеги з коледжу ветеринарної медицини університету штату Айова та опубліковані в журналі "Протимікробні засоби та хіміотерапія".
Ендосимбіотична теорія
Через вражаючу подібність між хлоропластами, мітохондріями та бактеріями вчені почали вивчати їх взаємозв'язок між собою. Біолог Лін Маргуліс розробив ендосимбіотичну теорію в 1967 році, пояснивши походження мітохондрій та хлоропластів в клітинах еукаріотів. Доктор Маргуліс висунув теорію, що і мітохондрії, і хлоропласти походять із прокаріотичного світу. Мітохондрії та хлоропласти насправді були самими прокаріотів, простими бактеріями, які утворювали зв'язок з клітинами-господарями. Ці клітини-хазяї були прокаріоти, які не мали можливості жити в середовищі, багатому киснем, і поглинали ці попередники мітохондрій. Ці організми-господарі забезпечували своїх жителів їжею в обмін на можливість виживання в отруйному середовищі, що містить кисень. Хлоропласти з рослинних клітин могли походити від організмів, подібних до ціанобактерій. Попередник хлоропласту жив симбіотично з рослинними клітинами, оскільки ці бактерії жили б забезпечити своїх господарів їжею у вигляді глюкози, тоді як клітини господаря могли б забезпечити їм безпечне місце жити.