معلومة

13.2: أصول حقيقية النواة - علم الأحياء

13.2: أصول حقيقية النواة - علم الأحياء



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

يشير سجل الحفريات والأدلة الجينية إلى أن الخلايا بدائية النواة كانت أول الكائنات الحية على الأرض. نشأت هذه الخلايا منذ حوالي 3.5 مليار سنة ، أي بعد حوالي مليار سنة من تكوين الأرض ، وكانت أشكال الحياة الوحيدة على الكوكب حتى ظهرت الخلايا حقيقية النواة منذ ما يقرب من 2.1 مليار سنة. خلال عهد بدائيات النواة ، تطورت بدائيات النوى الضوئية التي كانت قادرة على تطبيق الطاقة من ضوء الشمس لتخليق المواد العضوية (مثل الكربوهيدرات) من ثاني أكسيد الكربون ومصدر الإلكترون (مثل الهيدروجين أو كبريتيد الهيدروجين أو الماء).

يستهلك التمثيل الضوئي باستخدام الماء كمانح للإلكترون ثاني أكسيد الكربون ويطلق الأكسجين الجزيئي (O2) كمنتج ثانوي. تعمل بكتيريا التمثيل الضوئي على مدى ملايين السنين على تشبع مياه الأرض تدريجيًا بالأكسجين ثم تزود الغلاف الجوي بالأكسجين ، والذي كان يحتوي سابقًا على تركيزات أكبر بكثير من ثاني أكسيد الكربون وتركيزات أقل بكثير من الأكسجين. لا يمكن أن تعمل بدائيات النوى اللاهوائية الأقدم في ذلك العصر في بيئتها الهوائية الجديدة. هلكت بعض الأنواع ، بينما نجا البعض الآخر في البيئات اللاهوائية المتبقية على الأرض. لا تزال بدائيات النوى المبكرة الأخرى قد طورت آليات ، مثل التنفس الهوائي ، لاستغلال الغلاف الجوي المؤكسج باستخدام الأكسجين لتخزين الطاقة الموجودة داخل الجزيئات العضوية. التنفس الهوائي هو وسيلة أكثر كفاءة للحصول على الطاقة من الجزيئات العضوية ، والتي ساهمت في نجاح هذه الأنواع (كما يتضح من عدد وتنوع الكائنات الهوائية التي تعيش على الأرض اليوم). كان تطور بدائيات النوى الهوائية خطوة مهمة نحو تطور أول حقيقيات النوى ، ولكن كان لابد من تطوير العديد من السمات المميزة الأخرى أيضًا.

التعايش الداخلي

كان أصل الخلايا حقيقية النواة لغزًا إلى حد كبير حتى تم فحص فرضية ثورية بشكل شامل في الستينيات من قبل لين مارغوليس. تنص نظرية التكافل الداخلي على أن حقيقيات النوى هي نتاج خلية بدائية النواة تبتلع أخرى ، وتعيش واحدة داخل أخرى ، وتتطور معًا بمرور الوقت حتى لم يعد من الممكن التعرف على الخلايا المنفصلة على هذا النحو. كان لهذه الفرضية التي كانت ذات يوم ثورية إقناعًا فوريًا وهي الآن مقبولة على نطاق واسع ، مع تقدم العمل في الكشف عن الخطوات المتضمنة في هذه العملية التطورية بالإضافة إلى اللاعبين الرئيسيين. لقد أصبح من الواضح أن العديد من الجينات النووية حقيقية النواة والآلية الجزيئية المسؤولة عن تكرار تلك الجينات والتعبير عنها تبدو مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالعتيقات. من ناحية أخرى ، فإن العضيات الأيضية والجينات المسؤولة عن العديد من عمليات تجميع الطاقة ترجع أصولها إلى البكتيريا. لا يزال هناك الكثير مما يجب توضيحه حول كيفية حدوث هذه العلاقة ؛ لا يزال هذا مجال اكتشاف مثير في علم الأحياء. من المحتمل أن العديد من الأحداث التكافلية قد ساهمت في أصل الخلية حقيقية النواة.

الميتوكوندريا

قد تحتوي الخلايا حقيقية النواة في أي مكان من واحد إلى عدة آلاف من الميتوكوندريا ، اعتمادًا على مستوى الخلية من استهلاك الطاقة. يقيس كل ميتوكوندريون من 1 إلى 10 ميكرومتر في الطول ويوجد في الخلية على شكل كروي مستطيل متحرك ومندمج ومقسّم (الشكل 13.2.1). ومع ذلك ، لا يمكن للميتوكوندريا البقاء خارج الخلية. نظرًا لأن الغلاف الجوي كان يتأكسد عن طريق التمثيل الضوئي ، ومع تطور بدائيات النوى الهوائية الناجحة ، تشير الدلائل إلى أن خلية أسلافية غمرت وظلت على قيد الحياة بدائيات نوى هوائية حرة. أعطى هذا للخلية المضيفة القدرة على استخدام الأكسجين لإطلاق الطاقة المخزنة في العناصر الغذائية. تدعم عدة خطوط من الأدلة أن الميتوكوندريا مشتقة من هذا الحدث التكافلي الداخلي. تتشكل الميتوكوندريا على شكل مجموعة محددة من البكتيريا وتحيط بها غشاءان ، مما قد ينتج عندما يبتلع كائن حي مرتبط بالغشاء بواسطة كائن آخر مرتبط بالغشاء. يشتمل الغشاء الداخلي للميتوكوندريا على حفر أو كرستيات كبيرة تشبه السطح الخارجي المحكم لبكتيريا معينة.

تنقسم الميتوكوندريا من تلقاء نفسها من خلال عملية تشبه الانشطار الثنائي في بدائيات النوى. تمتلك الميتوكوندريا كروموسوم DNA الدائري الخاص بها والذي يحمل جينات مشابهة لتلك التي تعبر عنها البكتيريا. تحتوي الميتوكوندريا أيضًا على ريبوسومات خاصة ونقل الحمض النووي الريبي الذي يشبه هذه المكونات في بدائيات النوى. كل هذه الميزات تدعم أن الميتوكوندريا كانت ذات يوم بدائيات نوى حرة.

البلاستيدات الخضراء

تعد البلاستيدات الخضراء نوعًا واحدًا من البلاستيد ، وهي مجموعة من العضيات ذات الصلة في الخلايا النباتية التي تشارك في تخزين النشويات والدهون والبروتينات والأصباغ. تحتوي البلاستيدات الخضراء على الصباغ الأخضر الكلوروفيل وتلعب دورًا في عملية التمثيل الضوئي. تشير الدراسات الجينية والمورفولوجية إلى أن البلاستيدات تطورت من التعايش الداخلي لخلية أسلاف ابتلعت بكتيريا زرقاء ضوئية. تتشابه البلاستيدات في الحجم والشكل مع البكتيريا الزرقاء وهي مغلفة بغشاءين أو أكثر ، يتوافقان مع الأغشية الداخلية والخارجية للبكتيريا الزرقاء. مثل الميتوكوندريا ، تحتوي البلاستيدات أيضًا على جينومات دائرية وتنقسم بواسطة عملية تشبه انقسام الخلايا بدائية النواة. تعرض البلاستيدات الخضراء للطحالب الحمراء والخضراء تسلسل الحمض النووي الذي يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالبكتيريا الزرقاء الضوئية ، مما يشير إلى أن الطحالب الحمراء والخضراء تنحدر مباشرة من هذا الحدث التعايش الداخلي.

من المحتمل أن تكون الميتوكوندريا قد تطورت قبل البلاستيدات لأن جميع حقيقيات النوى لها إما ميتوكوندريا وظيفية أو عضيات شبيهة بالميتوكوندريا. في المقابل ، توجد البلاستيدات فقط في مجموعة فرعية من حقيقيات النوى ، مثل النباتات الأرضية والطحالب. تم تلخيص فرضية واحدة للخطوات التطورية المؤدية إلى أول حقيقيات النوى في الشكل 13.2.2.

لا يمكن إلا افتراض الخطوات الدقيقة المؤدية إلى أول خلية حقيقية النواة ، وهناك بعض الجدل قائم بشأن الأحداث التي حدثت بالفعل وبأي ترتيب. تم افتراض أن بكتيريا Spirochete قد أدت إلى ظهور الأنابيب الدقيقة ، وربما تكون بدائيات النوى ذات الجلد قد ساهمت في المواد الخام لسواط وأهداب حقيقية النواة. يقترح علماء آخرون أن تكاثر الأغشية وتقسيمها ، وليس أحداث التعايش الداخلي ، أدى إلى تطور الميتوكوندريا والبلاستيدات. ومع ذلك ، فإن الغالبية العظمى من الدراسات تدعم فرضية التعايش الداخلي لتطور حقيقيات النوى.

كانت حقيقيات النوى المبكرة أحادية الخلية مثل معظم الطلائعيات اليوم ، ولكن عندما أصبحت حقيقيات النوى أكثر تعقيدًا ، سمح تطور تعدد الخلايا للخلايا بالبقاء صغيرة بينما لا تزال تظهر وظائف متخصصة. يُعتقد أن أسلاف حقيقيات النوى متعددة الخلايا اليوم قد تطورت منذ حوالي 1.5 مليار سنة.

ملخص القسم

تطورت حقيقيات النوى الأولى من بدائيات النوى الأسلاف من خلال عملية تضمنت تكاثر الأغشية ، وفقدان جدار الخلية ، وتطور الهيكل الخلوي ، واكتساب وتطور العضيات. يبدو أن الجينات النووية حقيقية النواة لها أصل في العتائق ، في حين أن آلية الطاقة للخلايا حقيقية النواة يبدو أنها بكتيرية في الأصل. نشأت الميتوكوندريا والبلاستيدات من أحداث التعايش الداخلي عندما ابتلعت الخلايا السلفية بكتيريا هوائية (في حالة الميتوكوندريا) وبكتيريا التمثيل الضوئي (في حالة البلاستيدات الخضراء). من المحتمل أن يكون تطور الميتوكوندريا قد سبق تطور البلاستيدات الخضراء. هناك دليل على أحداث تعايش جواني ثانوي حيث يبدو أن البلاستيدات ناتجة عن تعايش جواني بعد حدث تعايش جواني سابق.

متعدد الخيارات

ما الحدث الذي يُعتقد أنه ساهم في تطور حقيقيات النوى؟

أ. الاحتباس الحراري
ب. التجلد
جيم النشاط البركاني
د- أكسجة الغلاف الجوي

د

على الأرجح تطورت الميتوكوندريا من _____________.

A. بكتيريا زرقاء ضوئية
عناصر الهيكل الخلوي
البكتيريا الهوائية
تكاثر الغشاء

ج

إستجابة مجانية

صف الخطوات المفترضة في أصل خلايا حقيقيات النوى.

نشأت خلايا حقيقيات النوى من خلال أحداث التعايش الداخلي التي أدت إلى ظهور عضيات منتجة للطاقة داخل الخلايا حقيقية النواة ، مثل الميتوكوندريا والبلاستيدات. يرتبط الجينوم النووي لحقيقيات النوى ارتباطًا وثيقًا بالعتيقات ، لذلك ربما كان من البدئيات المبكرة التي اجتاحت خلية بكتيرية تطورت إلى ميتوكوندريا. يبدو أن الميتوكوندريا نشأت من بروتينات ألفا ، في حين نشأت البلاستيدات الخضراء من البكتيريا الزرقاء. هناك أيضًا دليل على أحداث تعايش جواني ثانوي. قد تكون مكونات الخلية الأخرى قد نتجت عن أحداث التعايش الداخلي.

قائمة المصطلحات

التعايش الداخلي
ابتلاع خلية بأخرى بحيث تبقى الخلية المبتلعة على قيد الحياة وتستفيد كلتا الخليتين ؛ العملية المسؤولة عن تطور الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء في حقيقيات النوى

أصل حقيقيات النوى بقلم جوتام داي ، باز باوم ، ديفيد إيه بوم

يتميز الكثير من العالم الحي المرئي من حولنا بالخلايا التي تحتوي على نواة تحتوي على المادة الوراثية ، وشبكة متخصصة للغاية من مقصورات غشائية ديناميكية مترابطة ، وميتوكوندريا منتجة للطاقة ، وشبكة هيكلية خلوية يمكن أن تنتج مجموعة متنوعة مبهرة من الأشكال الخلوية. هذه الخلايا "حقيقية النواة" ، التي لا تمثل سوى جزء صغير من التنوع الخلوي الكلي على الأرض ، لها تنظيم داخلي يختلف بشكل لافت للنظر عن تلك الموجودة في "بدائيات النوى" التي تفتقر إلى النوى أو أي مقصورات داخلية مرتبطة بالغشاء. بالنظر إلى الهوة الهيكلية الكبيرة بين هذه الأنواع من الخلايا ، فإن مسألة أصول حقيقيات النوى هي واحدة من أكثر الألغاز ديمومة في علم الأحياء الحديث. على مدار القرن العشرين ، تضافرت التطورات في علم الخلايا ، وتوصيف الحمض النووي باعتباره المادة الوراثية الشاملة ، والعمل الرائد في سلالات الحمض النووي الريبي الريبوزي لتأسيس أصل مشترك لجميع أشكال الحياة وتحديد الانقسام العميق في عالم بدائيات النواة بين مجالات العتائق (التي كانت تسمى ذات مرة بالبكتيريا الأثرية) والبكتيريا (التي كانت تسمى سابقًا بكتيريا Eubacteria). في نهاية القرن العشرين ، تم استخدام بيانات النشوء والتطور لدعم إما عرض المجالات الثلاثة للحياة (البكتيريا أحادية النواة ، والعتائق ، وحقيقيات النوى) أو نموذجًا متنافسًا ثنائي النطاق ، والذي يتميز بدرجة بدائية مجاورة للنواة من حقيقيات النوى. ظهرت. هاتان النظرتان المتنافستان لهما صلة بأصل حقيقيات النوى لأن كل منهما يقترح خصائص مختلفة من سلف حقيقيات النوى. بصرف النظر عن الدليل المقنع على أن البلاستيدات ، التي تعتبر البلاستيدات الخضراء أكثرها شيوعًا ، والميتوكوندريا مشتقة من بكتيريا تعايش جواني ، فإن مجال أصول حقيقيات النوى لا يزال مليئًا بالشكوك والجدل. تم استخدام الحجج البيولوجية للخلية لدعم مجموعة متنوعة محيرة من النماذج لأصول النواة والجوانب الأخرى للتنظيم الخلوي حقيقية النواة. تساعد الدراسات التي أجريت على اتساع تنوع حقيقيات النوى في رسم صورة مقنعة لآخر سلف مشترك حقيقي النواة يمتلك الميتوكوندريا ، وهي هيكل خلوي كامل وآلية تهريب. في موازاة ذلك ، كشفت الجينومات البكتيرية والبدئية المتسلسلة حديثًا عن متماثلات بدائية النواة للعديد من الجينات التي كانت تعتبر في الأصل "اختراعات" حقيقية النواة ، مما يقلل الفجوة المتصورة بين التعقيد بدائية النواة وحقيقية النواة. أثارت السنوات القليلة الماضية على وجه الخصوص قدرًا كبيرًا من الإثارة ، حيث تم اكتشاف جينومات أثرية جديدة ، والتي تتضمن جينومًا كاملاً من آركون أسكارد المستنبت مؤخرًا بروميثيواريم سينتروفيكوم، حولت الإجماع بشكل مطرد نحو نماذج من حقيقيات النوى الناشئة من تكافل مضيف بدائي يشبه Asgard وخلية بكتيرية بروتوميتوكوندريا. تعني التطورات الحديثة في الفحص المجهري فائق الدقة ، وعلم الجينوميات الفوقية ، وتقنيات تحرير الجينات أنه يمكن دراسة العتائق والبكتيريا بتفاصيل خلوية وبيئية أكبر من أي وقت مضى ، مما يثير الآمال في أن الأفكار من بيولوجيا الخلية المقارنة ستساعدنا على التمييز بين النماذج المتنافسة من تكوين حقيقيات النوى في المستقبل القريب.


شاهد الفيديو: التطور ليس علم في دقائق قليلة قسم 4 جزء 18 الخلية حقيقية النواة eukaryotic cells (أغسطس 2022).