Прокариотоос эукариот руу чиглэсэн онол: Эсийн нарийн төвөгтэй байдлын хувьсал
Пендахулуан
Дэлхий дээрх амьдралын хувьсал нь олон зууны турш эрдэмтдийг татсаар ирсэн хамгийн сонирхолтой нууцуудын нэг юм. Организмын хоёр үндсэн бүлэг болох прокариот ба эукариотууд нь хамгийн чухал хувьслын алхамуудын нэг юм. Бактери ба архей зэрэг прокариотууд нь тэрбум тэрбум жилийн турш оршин тогтнож ирсэн энгийн, нэг эст организмууд юм. Үүний эсрэгээр, протистууд, мөөгөнцөр, ургамал, амьтдыг багтаасан эукариотууд нь бүтцийн хувьд илүү төвөгтэй эсүүдтэй байдаг. Гэсэн хэдий ч энгийн прокариот эсээс нарийн төвөгтэй эукариот эс рүү хэрхэн шилжсэн нь эрчимтэй судалгаа, мэтгэлцээний сэдэв хэвээр байна. Энэ нийтлэлд прокариотоос эукариот руу хувьслыг тайлбарласан гол онолыг судлах болно.
Эсийн амьдралын үүсэл
Хэдэн тэрбум жилийн өмнө Дэлхий өнөөдрийнхөөс тэс өөр газар байсан. Түүний агаар мандалд хүчилтөрөгч дутагдаж, эсийн амьдрал хараахан бий болоогүй байв. Анхны амьдрал 3,5-4 тэрбум жилийн өмнө прокариот эсийн хэлбэрээр үүссэн байх магадлалтай. Эдгээр прокариотууд нь өнөө үед мэдэгдэж буй бүх амьдралын өвөг дээдэс юм. Тэд эрс тэс орчны нөхцөлд цэцэглэн хөгжиж, гайхалтай уян хатан чанарыг харуулсан. Гэсэн хэдий ч энгийн, нэг эст прокариот организмаас илүү нарийн төвөгтэй эукариот организм руу шилжих нь эсийн бүтэц, үйл ажиллагаанд томоохон өөрчлөлт оруулах шаардлагатай болсон.
Эндосимбиозын таамаглал
Эукариот эсийн хувьслын талаарх хамгийн өргөн хүлээн зөвшөөрөгдсөн онолуудын нэг бол Америкийн эрдэмтэн Линн Маргулис анх 1967 онд дэвшүүлсэн эндосимбиотик таамаглал юм. Энэхүү онолын дагуу эукариот эсийн чухал эрхтэнүүд болох митохондри ба хлоропластууд нь чөлөөт амьд прокариот бактериас үүссэн бөгөөд энэ нь том, эрт үеийн эзэн эстэй симбиотик харилцаа үүсгэдэг байжээ.
1. Митохондриа: Эукариот эсийн эртний өвөг дээдэс нь амьсгалын замаар илүү үр ашигтай энерги үйлдвэрлэхийн тулд хүчилтөрөгчийг ашиглаж чаддаг аэроб бактерийг залгисан гэж үздэг. Эдгээр бактерийг шингээхийн оронд эзэн эс харилцан ашигтай харилцаа тогтоосон. Аэроб бактери нь илүү үр ашигтай эрчим хүчний эх үүсвэр болж өгдөг бол эзэн эс нь хамгаалалт, шим тэжээлийг хангадаг. Цаг хугацаа өнгөрөхөд эдгээр нэгдсэн бактериуд орчин үеийн митохондри болж хөгжсөн.
2. Хлоропластууд: Үүнтэй төстэй үйл явц нь ургамал болон замагны эсүүдэд байдаг хлоропластуудад явагддаг. Анхдагч эукариот эсүүд цианобактери зэрэг фотосинтезийн бактерийг залгисан гэж үздэг. Энэ нь эукариот эзэнд фотосинтезийн давуу талыг өгч, нарны гэрлээс хоол хүнс үйлдвэрлэх, эцэст нь хлоропласт болж хувирах боломжийг олгодог.
Энэхүү таамаглалын нотолгоо нь митохондри ба хлоропластууд болон бактерийн хоорондын ижил төстэй байдал, тухайлбал дугуй хэлбэртэй ДНХ, бактерийн рибосомтой төстэй рибосомууд, эсийн дотор бие даан хуваагдах чадвар зэрэг орно.
Бүтцийн болон үйл ажиллагааны өөрчлөлт
Прокариотуудаас эукариот руу шилжих шилжилт нь зөвхөн митохондри ба хлоропластуудыг олж авахтай холбоотой биш байсан. Энэ нь мөн бусад олон бүтцийн болон үйл ажиллагааны өөрчлөлтүүдийг хамарсан бөгөөд үүнд:
– Цөмийн мембран үүсэх: Эукариот эсийн нэг онцлог шинж чанар нь цөмийн мембран дотор ДНХ-ээ бүрхсэн цөм байдаг явдал юм. Хамгийн түгээмэл таамаглал нь цөмийн мембран нь эрт үеийн прокариотуудад эсийн мембраныг инвагинациялах замаар хувьсан өөрчлөгдөж, генетикийн материалыг хамгаалж, генийн экспрессийг зохицуулдаг гэж үздэг.
– Илүү нарийн төвөгтэй генетикийн тоног төхөөрөмж: Эукариотууд нь прокариотуудаас илүү урт, илүү нарийн төвөгтэй ДНХ-ийг шугаман хромосом болгон зохион байгуулдаг. Генийн зохицуулалтын транскрипцийн хүчин зүйлс болон илүү нарийн төвөгтэй РНХ мөн хөгжсөн.
– Цитоскелетийн систем: Эукариотууд нь нарийн төвөгтэй цитоскелетийн бүтцийг бий болгодог бөгөөд энэ нь эсүүд хэлбэрээ хадгалах, эсийн доторх материалыг зөөх, тэр ч байтугай хөдөлгөөнд зориулж флагелла болон цилияг ашиглах боломжийг олгодог.
– Бусад органеллуудыг нэмэх: Эндоплазмын торлог бүрхэвч, Голги аппарат, лизосом зэрэг уургийн боловсруулалт, тээвэрлэлт болон бусад илүү дэвшилтэт эсийн бодисын солилцоог зохицуулах зорилгоор боловсруулсан бусад янз бүрийн органеллууд.
Хувьсал дахь симбиозын үүрэг
Ойр дотно харилцаатай амьдардаг хоёр зүйлийн хоорондох экологийн харилцаа болох симбиоз нь эсийн нарийн төвөгтэй байдлын хувьсалд чухал үүрэг гүйцэтгэсэн. Прокариотоос эукариот руу шилжих хувьслын хүрээнд симбиоз нь дасан зохицох давуу талыг олгоод зогсохгүй бодисын солилцооны цаашдын шинэчлэл, өргөн хүрээтэй хувьслын олон янз байдлын замыг нээсэн. Симбиотик түншлэл нь органеллын түвшинд зогсохгүй; тэдгээр нь өнөөгийн экосистемд ажиглагдаж буй амьдралын олон янз байдлыг бий болгож, илүү том нийгэмлэгүүдийн хувьслыг хөнгөвчилж чадна.
Сорилтууд ба нээлттэй асуултууд
Эндосимбиозын таамаглалыг өргөнөөр хүлээн зөвшөөрдөг ч гэсэн олон сорилт, хариултгүй асуултууд байсаар байна, тухайлбал:
– Тодорхой механизмууд: Амжилттай залгих үйл явц болон симбиозын урт хугацааны тогтворжилт хэрхэн явагддагийг яг таг ойлгоогүй хэвээр байна.
– Бусад органеллуудын гарал үүсэл: Митохондри ба хлоропластууд нь эртний бактериас гаралтай гэж үздэг ч эукариот эсийн бусад органеллуудын гарал үүслийг бүрэн гүйцэд тодорхойлоогүй хэвээр байна.
– Олдворын нотолгоо: Олдворууд нь прокариот эсээс эукариот эс рүү алхам алхмаар шилжсэний талаарх дэлгэрэнгүй мэдээллийг харуулдаггүй тул генетикийн болон биологийн шинжилгээ нь үндсэн нотолгоо хэвээр байна.
Хаах
Прокариот эсээс эукариот эс рүү шилжих нь Дэлхий дээрх амьдралын түүхэн дэх хамгийн чухал алхмуудын нэг байв. Эсийн хувьслын нарийн төвөгтэй байдал нь өргөн хүрээтэй судалгаа шаарддаг хэвээр байгаа ч эндосимбиоз зэрэг онолууд нь амьдралын цаашдын хувьслыг бий болгох боломжийг олгосон эсийн динамикийн талаар чухал ойлголтуудыг өгдөг. Молекулын биологи, генетикийн дэвшлийн ачаар бид энэхүү нарийн төвөгтэй амьдрал хэрхэн хувьсан өөрчлөгдсөнийг илүү гүнзгий ойлгоход өдөр бүр ойртож байна. Энэхүү шилжилтийг судлах нь зөвхөн үндсэн биологийн талаарх бидний ойлголтыг гүнзгийрүүлээд зогсохгүй, мөн амьдрал өөрөө байнга өөрчлөгдөж буй хүрээлэн буй орчны сорилтуудтай хэрхэн дасан зохицож, цэцэглэн хөгжиж байгааг мөн гүнзгийрүүлдэг.
