Jesteś eukariontem | Kwantowo.pl

Biolodzy z Berkeley opublikowali kolejną wersję tzw. drzewa życia. I znów wiele osób zachodzi w głowę, jak to możliwe, że zwierzęta (a wśród nich ludzie) ulokowane są tak blisko roślin i grzybów. I czym są te całe eukarionty, prokarionty i protisty?

Kiedyś dorwałem szkolny pod­ręcz­nik od biologii sprzed kil­ku­dzie­się­ciu lat. Jego autor roz­po­czął narrację od przed­sta­wie­nia uczniom naj­prost­szego w świecie podziału orga­ni­zmów żywych na trzy kla­syczne kró­le­stwa: zwierząt, roślin i grzybów. W zasadzie kla­sy­fi­ka­cja ta nadal obo­wią­zuje, tyle że jako element większej – nie­ko­niecz­nie tak oczy­wi­stej – całości.

Zaczęło się od ekologa z Uni­wer­sy­tetu Cornella, Roberta Whit­ta­kera. Uczony zburzył dotych­cza­sowy status quo, tworząc całkiem nową sys­te­ma­tykę, opartą już nie o to co każdy widzi gołym okiem, lecz o różnice leżące u samych fun­da­men­tów. Sięgając po mikro­skop i doko­nu­jąc selekcji na poziomie komór­ko­wym, Whit­ta­ker udo­wod­nił, że w ramach trzech pod­sta­wo­wych królestw nie można upakować całego bogactwa natury. Pierwsze na co zwrócił uwagę to orga­ni­zmy pozba­wione arcy­waż­nych jąder komór­ko­wych, obecnych przecież we wszel­kich “nor­mal­nych” komór­kach zwierząt jak i roślin czy grzybów. Wyod­ręb­niono zatem pro­ka­rionty, do których prze­nie­siono (z kró­le­stwa roślin) choćby sinice. Na oddzie­le­nie grubą kreską zasłu­żyły zdaniem ekologa również suwe­renne jed­no­ko­mór­kowce, jak między innymi pod­glą­dane na lekcjach biologii pan­to­felki i ameby. Znamy je obecnie pod nazwą pro­ti­stów.

Z czasem również i ta sys­te­ma­tyka docze­kała się krytyki, a kolejni śmiał­ko­wie kreślili coraz wymyśl­niej­sze drzewa życia. Dało to wymierne efekty w latach 70. gdy wśród ambit­nych refor­ma­to­rów pojawiły się takie osoby jak Carl Woese oraz Lynn Margulis (nawiasem mówiąc, małżonka wiel­kiego Carla Sagana). Rzecz jasna, ich praca nie polegała na ryso­wa­niu atrak­cyj­nych dla oka drzewek, lecz na dalszym badaniu komórek oraz zgłę­bie­niu genezy poszcze­gól­nych gatunków.
Najdokładniejsze, kołowe drzewo życia

Fragment naj­do­kład­niej­szego, kołowego drzewa życia, skon­stru­owa­nego przez Marka Hillsa z Uni­wer­sy­tetu Austin. Pełna wersja tutaj.

Co powiecie na taki tatuaż? W ten sposób ozdobiła swoje ciało dr Clare d'Alberto z Melbourne.

Co powiecie na taki tatuaż? W ten sposób ozdobiła swoje ciało dr Clare d’Alberto z Mel­bo­urne.

Najnowsze drzewo organizmów, biologów z Berkeley

Naj­now­sze drzewo biologów z Berkeley. Ujmuje znacznie mniej gatunków, ale oparte jest o nowsze badania gene­tyczne.

Idąc ich tropem, cofnijmy się o niecałe 4 miliardy lat. W pier­wot­nej zupie życia pojawiły się pierwsze ami­no­kwasy, następ­nie pry­mi­tywne repli­ka­tory, a w końcu coś co mamy prawo nazwać pro­to­ko­mór­kami. Carl Woese, korzy­sta­jąc z coraz bardziej zaawan­so­wa­nych narzędzi ofe­ro­wa­nych przez genetykę, pragnął sięgnąć samych źródeł. Próbował odnaleźć jak naj­star­szy wspólny mia­now­nik dla wszyst­kich ziem­skich orga­ni­zmów i od niego zacząć wędrówkę ku dzi­siej­szym gatunkom. Wszystko wska­zy­wało, że naj­roz­sąd­niej będzie wziąć pod lupę rybosomy: mikro­sko­pijne zaawan­so­wane struk­tury, nie­zbędne komórkom do pro­duk­cji białek. Naj­istot­niej­szy dla pro­fe­sora z Illinois był fakt, iż rybosomy spo­ty­kamy we wszel­kich znanych obecnie typach komórek, toteż moment ich powsta­nia należy trak­to­wać jako super-cezurę w dziejach życia.

Szcze­gó­łowe oglę­dziny budowy róż­no­ra­kich rybo­so­mów, uświa­do­miły sys­te­ma­ty­kom jak mało wie­dzieli o prze­szło­ści i pokre­wień­stwie ziem­skich stworzeń. Nagle okazało się, że trzy wielkie kró­le­stwa orga­ni­zmów na poziomie komór­ko­wym nie różnią się od siebie zbyt mocno. W każdym razie, nie w porów­na­niu z… bak­te­riami. Te, według Woese’a na pewno istniały na długo, długo, długo przed naro­dzi­nami wspól­nego przodka zwierząt, roślin i grzybów. Biolog odkrył jeszcze coś zaska­ku­ją­cego. Niektóre z drobnych orga­ni­zmów uwa­ża­nych dotąd za bakterie, legi­ty­mo­wały się jeszcze innymi rybo­so­mami i odmien­nym procesem trans­la­cji białek. Co więcej, mogły hasać w pier­wot­nym bulionie jeszcze przed bak­te­riami, w związku z czym nadano im zaszczytne miano arche­obak­te­rii lub po prostu arche­onów.

Jedno nie podlega dyskusji. Komórki zwierząt, roślin i grzybów – choć są łatwe do roz­róż­nie­nia – posia­dają wyraźne wspólne cechy. Są o wiele bardziej złożone od bakterii i arche­onów, a co za tym idzie kró­le­stwa te musiały narodzić się sporo później.

Co takiego posia­damy czego brakuje naszym poprzed­ni­kom? To trochę tak, jak gdybyśmy porów­nali współ­cze­sny laptop do kal­ku­la­tora. Nasze nie­oce­nione komórki wręcz tętnią aktyw­no­ścią licznych pod­ze­spo­łów (zwanych orga­nel­lami), na czele z mito­chon­driami czy wspo­mnia­nymi wcze­śniej jądrami. Jak zyska­li­śmy te dobro­dziej­stwa? Ele­gancka hipoteza endo­sym­biozy stwier­dza, że niektóre elementy zaawan­so­wa­nej bio­lo­gicz­nej maszy­ne­rii wiodły niegdyś własne życie, aż zostały wchło­nięte przez eks­pan­sywne komórki. Innymi słowy, pra­przo­dek mito­chon­drium mógł być zwykłą bakterią, zaanek­to­waną któregoś dnia przez więk­szego archeona i wyko­rzy­staną przezeń jako minie­lek­trow­nia. Była to ener­ge­tyczna rewo­lu­cja bez pre­ce­densu! Komórka dostała kopa, co ukie­run­ko­wało ewolucję i praw­do­po­dob­nie przy­czy­niło się do wyod­ręb­nie­nia m.in. spe­cjal­nego sektora dla DNA – jądra komór­ko­wego. 
Endosymbioza mogła zrodzić eukarionty

Tak mogło wyglądać wchło­nię­cie bakterii, wyko­rzy­sta­nej jako mito­chon­drium.

Pierwsi komór­kowi sza­brow­nicy mogli prze­mie­rzać oceany nieco ponad miliard lat temu. Nazywamy je euka­rion­tami (jądrow­cami), które w toku dalszego róż­ni­co­wa­nia dały osta­tecz­nie początek kró­le­stwom zwierząt, roślin, grzybów, ale także często pomi­ja­nych pro­ti­stów.
Trochę inne ujęcie systematyki.

Trochę inne ujęcie sys­te­ma­tyki, z zakwa­li­fi­ko­wa­niem bakterii i arche­onów do wspólnej grupy pro­ka­rion­tów. Po prawej mamy kró­le­stwa euka­rio­tyczne: grzyby, zwie­rzęta, protisty i rośliny.

Choć może wydać się to dzi­waczne, wszyst­kie stwo­rze­nia jakie dostrze­gamy nie­uzbro­jo­nym okiem, obej­mu­jące bez mała 9 milionów gatunków, stanowią zaledwie jedną z trzech wielkich grup orga­ni­zmów. Nowo­cze­sne drzewa życia uwzględ­niają więc fakt, że u zarania naszą planetą władały wyłącz­nie maleńkie bakterie i archeony, a dopiero ich póź­niej­sze połą­cze­nie zrodziło komórki euka­rio­tyczne, obecne dziś w ciałach kotów, psów, rybek, komarów, mucho­mo­rów, kwiatów, trawy, drzew i rzecz jasna, w nas samych.
Literatura uzupełniająca
N. Lane, Pytanie o życie. Energia, ewolucja i pochodzenie życia, przeł. A. Tuz, Warszawa 2016;
R. Dawkins, Najwspanialsze widowisko świata. Świadectwa ewolucji, przeł. P. Szwajcer, Warszawa 2010;
C. Zimmer, Scientists Unveil New ‘Tree of Life’, [online: nytimes.com/2016/04/12/science/scientists-unveil-new-tree-of-life.html?_r=2];
A new view of the tree of life, [online: nature.com/articles/nmicrobiol201648];
Sympatyczny gif pożyczony od: amoebagifs.blogspot.com.
podpis-czarny
  • Edmund

    Prze­czy­ta­łem jednym tchem — kolejny świetny tekst. Mam tylko jedną wąt­pli­wość, odnośnie popraw­no­ści użytego sfor­mu­ło­wa­nia “ukie­run­ko­wało ewolucję” — wydaje mi się, że jest ono nie­po­prawne, bo jak można mówić o ukie­run­ko­wa­niu procesu, którego cechą jest przy­pad­ko­wość powsta­nia błedu?

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • https://www.kwantowo.pl/ Adam Adamczyk

      Ewolucja jest ściśle uza­leż­niona od moż­li­wo­ści i warunków. Np. zmiana pro­por­cji poszcze­gól­nych pier­wiast­ków w atmos­fe­rze wpływa na dobór natu­ralny a więc w pewnym sensie ukie­run­ko­wuje ewolucje. W tym przy­padku może rze­czy­wi­ście nie brzmi to naj­szczę­śli­wiej. Chodzi o to, że poja­wie­nie się poszcze­gól­nych orga­nelli otwie­rało przed komór­kami nowe furtki, jak pozy­ski­wa­nie energii z innych źródeł.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • ffatman

      1. “Przy­pad­ko­wość błędu” jest wpisana w mecha­ni­zmy ewolucji jako gene­ra­tor zmien­no­ści.
      2. Może i błędy są “przy­pad­kowe” ale mają, wbrew temu, co umiesz­czają w wyli­cze­niach nie­pra­do­po­do­bień­stwa ewolucji kre­acjo­ni­ści, ogra­ni­czoną ilość stopni swobody.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • ffatman

    “Kiedyś dorwałem szkolny pod­ręcz­nik od biologii sprzed kil­ku­dzie­się­ciu
    lat. Jego autor roz­po­czął narrację od przed­sta­wie­nia uczniom
    naj­prost­szego w świecie podziału orga­ni­zmów żywych na trzy kla­syczne
    kró­le­stwa: zwierząt, roślin i grzybów. W zasadzie kla­sy­fi­ka­cja ta nadal
    obo­wią­zuje,”

    Nie za bardzo, rośliny zniknęły.

    PS
    A za moich czasów dopiero wzmian­ko­wano, że 2 kró­le­stwa roślin i zwierząt (wydzie­la­nie grzybów nie było jeszcze popu­larne) trzeba zastąpić (nad)królestwami pro- i euka­rion­tów.

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • ffatman

    I jak tu dzielić teraz na pro- i euka­rioty skoro jesteśmy jednym kladem z arche­onami? To nie­kla­dy­stycz­nie!

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • https://www.kwantowo.pl/ Adam Adamczyk

      Możesz rozwinąć swoje myśli? Bo zapo­wia­dają się ciekawie. Zarówno tą powyższą jak i stwier­dze­nie o znik­nię­ciu kró­le­stwa roślin — bo na taką infor­ma­cję nie miałem okazji trafić.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

      • Adi Sztuba

        Może chodziło o to, że euka­rionty praw­do­po­dob­nie pochodzą od arche­onów. Choć to nie takie proste, bo np. mito­chon­dria mamy od bakterii i tylko nasze DNA pochodzi od arche­onów.

        Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

      • jatoja

        Jak ludzie z małpami, tak euka­riony z pro­ka­rio­nami, mamy wspól­nego przodka.

        Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Inicius

    naprawdę zgrabnie wyja­śnione, jak zwykle dowie­dzia­łem się więcej niż z lekcji w szkole

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0