De evolutie van eukaryote cellen
01 van 06De evolutie van eukaryote cellen
Getty/Stocktrek-afbeeldingen
Toen het leven op aarde begon te ondergaan evolutie en hoe complexer, hoe eenvoudiger type cel een prokaryoot genoemd, onderging gedurende een lange periode verschillende veranderingen om eukaryote cellen te worden. Eukaryoten zijn complexer en hebben veel meer onderdelen dan prokaryoten. Het duurde meerdere mutaties en overleven natuurlijke selectie voor eukaryoten om te evolueren en overheersend te worden.
Wetenschappers geloven dat de reis van prokaryoten naar eukaryoten het resultaat was van kleine veranderingen in structuur en functie gedurende zeer lange tijdsperioden. Er is een logische progressie van verandering voor deze cellen om complexer te worden. Toen eukaryote cellen eenmaal waren ontstaan, konden ze kolonies gaan vormen en uiteindelijk meercellige organismen met gespecialiseerde cellen.
02 van 06
Flexibele buitengrenzen
Getty / PASIEKA
De meeste eencellige organismen hebben een celwand rond hun plasmamembranen om ze te beschermen tegen gevaren voor het milieu. Veel prokaryoten zijn, net als bepaalde soorten bacteriën, ook ingekapseld door een andere beschermende laag waardoor ze ook aan oppervlakken kunnen blijven kleven. De meeste prokaryotische fossielen uit de Precambrische tijdspanne zijn bacillen, of staafvormig, met een zeer taaie celwand rond de prokaryoot.
Terwijl sommige eukaryote cellen, zoals plantencellen, nog steeds celwanden hebben, hebben veel dat niet. Dit betekent dat enige tijd tijdens de evolutionaire geschiedenis van de prokaryoten , moesten de celwanden verdwijnen of in ieder geval flexibeler worden. Een flexibele buitengrens op een cel zorgt ervoor dat deze meer kan uitzetten. Eukaryoten zijn veel groter dan de meer primitieve prokaryotische cellen.
Flexibele celgrenzen kunnen ook buigen en vouwen om meer oppervlakte te creëren. Een cel met een groter oppervlak is efficiënter in het uitwisselen van voedingsstoffen en afvalstoffen met zijn omgeving. Het is ook een voordeel om bijzonder grote deeltjes aan te brengen of te verwijderen met behulp van endocytose of exocytose.
03 van 06Uiterlijk van het cytoskelet
Getty/Thomas Deernick
Structurele eiwitten in een eukaryote cel komen samen om een systeem te creëren dat bekend staat als het cytoskelet. Terwijl de term 'skelet' in het algemeen doet denken aan iets dat de vorm van een object creëert, heeft het cytoskelet vele andere belangrijke functies binnen een eukaryote cel. De microfilamenten, microtubuli en intermediaire vezels helpen niet alleen de vorm van de cel te behouden, ze worden ook veel gebruikt in eukaryote mitose , verplaatsing van voedingsstoffen en eiwitten, en verankering van organellen op hun plaats.
Tijdens mitose vormen microtubuli de spil die de chromosomen uit elkaar en verdeelt ze gelijkelijk over de twee dochtercellen die ontstaan nadat de cel is gesplitst. Dit deel van het cytoskelet hecht zich aan de zusterchromatiden bij het centromeer en scheidt ze gelijkmatig, zodat elke resulterende cel een exacte kopie is en alle genen bevat die het nodig heeft om te overleven.
Microfilamenten helpen de microtubuli ook bij het verplaatsen van voedingsstoffen en afvalstoffen, evenals nieuw gemaakte eiwitten, naar verschillende delen van de cel. De tussenvezels houden organellen en andere celdelen op hun plaats door ze te verankeren waar ze moeten zijn. Het cytoskelet kan ook flagella vormen om de cel te verplaatsen.
Hoewel eukaryoten de enige soorten cellen zijn die cytoskeletten hebben, hebben prokaryotische cellen eiwitten die qua structuur zeer dicht bij de eiwitten liggen die worden gebruikt om het cytoskelet te creëren. Er wordt aangenomen dat deze meer primitieve vormen van de eiwitten een paar mutaties ondergingen waardoor ze zich groepeerden en de verschillende stukken van het cytoskelet vormden.
04 van 06Evolutie van de kern
Getty/Encyclopedia Britannica/UIG
De meest gebruikte identificatie van een eukaryote cel is de aanwezigheid van een kern. De belangrijkste taak van de kern is het huisvesten van de DNA of genetische informatie van de cel. Bij een prokaryoot wordt het DNA net in het cytoplasma gevonden, meestal in een enkele ringvorm. Eukaryoten hebben DNA in een nucleaire envelop die is georganiseerd in verschillende chromosomen.
Toen de cel eenmaal een flexibele buitengrens had ontwikkeld die kon buigen en vouwen, wordt aangenomen dat de DNA-ring van de prokaryoot in de buurt van die grens werd gevonden. Terwijl het boog en vouwde, omringde het het DNA en kneep het af om een nucleaire envelop te worden rond de kern waar het DNA nu beschermd was.
Na verloop van tijd evolueerde het enkele ringvormige DNA tot een strak gewonden structuur die we nu het chromosoom noemen. Het was een gunstige aanpassing zodat DNA niet verward of ongelijk verdeeld is tijdens mitose of meiose. Chromosomen kunnen ontspannen of opwinden, afhankelijk van in welk stadium van de celcyclus het zich bevindt.
Nu de kern was verschenen, ontwikkelden zich andere interne membraansystemen zoals het endoplasmatisch reticulum en het Golgi-apparaat. ribosomen , die alleen van de vrij zwevende variëteit in de prokaryoten waren, verankerden zich nu aan delen van het endoplasmatisch reticulum om te helpen bij de assemblage en beweging van eiwitten.
05 van 06Afvalvertering
Getty/Stocktrek-afbeeldingen
Met een grotere cel komt de behoefte aan meer voedingsstoffen en de productie van meer eiwitten door transcriptie en translatie. Samen met deze positieve veranderingen komt het probleem van meer afval in de cel. Het bijhouden van de vraag om afval kwijt te raken, was de volgende stap in de evolutie van de moderne eukaryote cel.
De flexibele celgrens had nu allerlei plooien gecreëerd en kon indien nodig afknijpen om vacuolen te creëren om deeltjes in en uit de cel te brengen. Het had ook zoiets gemaakt als een bewaarcel voor producten en afvalstoffen die de cel aan het maken was. Na verloop van tijd waren sommige van deze vacuolen in staat een spijsverteringsenzym vast te houden dat oude of beschadigde ribosomen, onjuiste eiwitten of andere soorten afval kon vernietigen.
06 van 06Endosymbiose
Getty/DR DAVID FURNESS, KEELE UNIVERSITEIT
De meeste delen van de eukaryote cel werden gemaakt binnen een enkele prokaryotische cel en vereisten geen interactie van andere afzonderlijke cellen. Eukaryoten hebben echter een aantal zeer gespecialiseerde organellen waarvan werd gedacht dat ze ooit hun eigen prokaryotische cellen waren. Primitieve eukaryote cellen hadden het vermogen om dingen te verzwelgen door middel van endocytose, en sommige dingen die ze mogelijk hebben opgeslokt, lijken kleinere prokaryoten te zijn.
Bekend als de Endosymbiotische theorie , Lynn Margulis stelde voor dat de mitochondriën, of het deel van de cel dat bruikbare energie maakt, ooit een prokaryoot was die werd verzwolgen, maar niet verteerd, door de primitieve eukaryoot. Naast het maken van energie, hielpen de eerste mitochondriën de cel waarschijnlijk om de nieuwere vorm van de atmosfeer die nu zuurstof bevatte, te overleven.
Sommige eukaryoten kunnen fotosynthese ondergaan. Deze eukaryoten hebben een speciaal organel dat een chloroplast wordt genoemd. Er zijn aanwijzingen dat de chloroplast een prokaryoot was die leek op een blauwgroene alg die net als de mitochondriën werd opgeslokt. Ooit was het een onderdeel van de eukaryoot, maar nu kon de eukaryoot zijn eigen voedsel produceren met behulp van zonlicht.