세포의 기원 : 주요 이론 (원핵 및 진핵) - 생물학 - 2024

세포 의 기원은 35 억년 전으로 거슬러 올라갑니다. 이러한 기능적 단위가 유래 된 방식은 수세기 동안 과학자들의 호기심을 불러 일으켰습니다.

생명의 기원 자체에는 세포의 기원이 수반되었습니다. 원시 환경에서 환경 조건은 오늘날 우리가 관찰하는 것과 매우 달랐습니다. 산소 농도는 거의 0이었고 대기는 다른 가스 조성에 의해 지배되었습니다.

출처 : pixabay.com

실험실의 다양한 경험에 따르면 지구의 초기 환경 조건에서 유기 시스템의 다양한 생체 분자, 즉 아미노산, 당 등의 중합이 가능합니다.

촉매 능력이 있고 스스로 복제 할 수있는 분자 (잠재적으로 RNA)는 인지질 막으로 둘러싸여 다윈 원리에 따라 진화 한 최초의 원시 원핵 세포를 형성 할 수 있습니다.

마찬가지로 진핵 세포의 기원은 보통 내 공생 이론을 사용하여 설명됩니다. 이 아이디어는 큰 박테리아가 더 작은 박테리아를 삼키고 시간이 지남에 따라 오늘날 우리가 알고있는 세포 기관 (엽록체 및 미토콘드리아)을 기원한다는 것을 뒷받침합니다.

세포 이론

세포는 중공을 의미하는 라틴어 뿌리 세포라에서 유래 한 용어입니다. 이것들은 생명체의 기능적 및 구조적 단위입니다. 이 용어는 17 세기에 Robert Hooke 연구원이 현미경으로 코르크 한 장을 조사하고 일종의 세포를 관찰 할 때 처음 사용되었습니다.

이 발견으로 더 많은 과학자들, 특히 Theodor Schwann과 Matthias Schleiden의 공헌은 생물의 미세한 구조에 관심을 갖게되었습니다. 이런 식으로 생물학의 가장 중요한 기둥 중 하나 인 세포 이론이 탄생했습니다.

이론은 다음과 같이 주장한다 : (a) 모든 유기체는 세포로 구성된다. (b) 세포는 생명의 단위입니다. (c) 생명을 유지하는 화학 반응은 세포의 한계 내에서 발생하고 (d) 모든 생명은 기존 생명에서 비롯됩니다.

이 마지막 가정은 Rudolf Virchow의 유명한 문구로 요약됩니다 : "omnis cellula e cellula"-모든 세포는 이미 존재하는 다른 세포에서 파생됩니다. 그러나 첫 번째 세포는 어디에서 왔습니까? 다음으로 첫 번째 세포 구조의 기원을 설명하려는 주요 이론을 설명합니다.

원핵 세포의 진화

생명의 기원은 세포의 기원과 밀접하게 관련된 현상입니다. 지구상에는 원핵 생물과 진핵 생물의 두 가지 세포 형태의 생명체가 있습니다.

두 계통 모두 기본적으로 복잡성과 구조가 다르며 진핵 생물은 더 크고 복잡한 유기체입니다. 이것은 원핵 생물이 단순하다는 것을 말하는 것이 아닙니다. 단일 원핵 생물은 다양한 분자 복합체의 조직적이고 복잡한 응집입니다.

두 생명체의 진화는 생물학 세계에서 가장 흥미로운 질문 중 하나입니다.

연대 기적으로 수명은 35 억에서 38 억년으로 추정됩니다. 이것은 지구가 형성된 후 약 7 억 5 천만 년 후에 나타났습니다.

초기 생명체의 진화 : 밀러의 실험

1920 년대 초, 유기 거대 분자가 원시 대기의 환경 조건 하에서 저농도의 산소와 고농도의 CO ₂ 및 N ₂ 및 일련의 H ₂ , H ₂ S 및 CO 와 같은 가스의 .

가상의 원시 대기는 에너지 원 (태양 광 또는 방전 등)과 함께 유기 분자의 중합에 도움이되는 조건을 생성하는 환원 환경을 제공했다고 가정합니다.

이 이론은 1950 년 스탠리 밀러 (Stanley Miller) 연구원이 대학원 과정에서 실험적으로 확인했습니다.

자가 복제 및 촉매 특성을 가진 분자의 필요성 : RNA의 세계

모든 생명체에서 발견되는 분자의 형성에 필요한 조건을 규정 한 후 정보를 저장하고 스스로 복제 할 수있는 원시 분자를 제안해야합니다. 현재 세포는 유전 정보를 4 개의 언어로 저장합니다. DNA 분자의 뉴클레오티드.

현재까지이 분자의 가장 좋은 후보는 RNA입니다. 1980 년이 되어서야 Sid Altman과 Tom Cech가 생명과 세포의 진화에서 중요한 단계 인 뉴클레오티드 중합을 포함하여이 핵산의 촉매 능력을 발견했습니다.

이러한 이유로 생명체는 대부분의 현재 형태가하는 것처럼 DNA가 아닌 유전 물질로 RNA를 사용하기 시작했다고 믿어집니다.

삶의 장벽 제한 : 인지질

정보를 저장하고 스스로 복제 할 수있는 거대 분자와 분자가 획득되면 생물막의 존재는 생물과 세포 외 환경의 경계를 결정하는 데 필요합니다. 진화론 적으로이 단계는 첫 번째 세포의 기원을 표시했습니다.

첫 번째 세포는 인지질로 구성된 막으로 둘러싸인 RNA 분자에서 발생한 것으로 믿어집니다. 후자는 양친 매성 분자로, 한 부분은 친수성 (물에 용해 됨)이고 다른 부분은 소수성 (물에 용해되지 않음)임을 의미합니다.

인지질이 물에 용해되면 자발적으로 응집되어 지질 이중층을 형성하는 능력이 있습니다. 극성 머리는 수성 환경과 내부의 소수성 꼬리를 마주보고 서로 접촉하여 그룹화됩니다.

이 장벽은 열역학적으로 안정적이며 세포가 세포 외 환경에서 분리되도록하는 구획을 생성합니다.

시간이 지남에 따라 지질막에 둘러싸인 RNA는 단백질 합성과 같은 복잡한 과정을 나타낼 때까지 다윈의 메커니즘을 따라 진화 과정을 계속했습니다.

신진 대사의 진화

이 원시 세포가 형성되면 오늘날 우리가 알고있는 대사 경로의 발달이 시작되었습니다. 첫 번째 세포의 기원에 대한 가장 그럴듯한 시나리오는 바다이므로 첫 번째 세포는 환경에서 직접 음식과 에너지를 얻을 수있었습니다.

음식이 부족 해지면 특정 세포 변이가 음식을 얻고 계속해서 복제 할 수있는 에너지를 생성하는 대체 방법으로 나타나야했습니다.

세포 대사의 생성 및 제어는 연속성을 위해 필수적입니다. 사실, 주요 대사 경로는 현재 유기체 사이에서 널리 보존되어 있습니다. 예를 들어, 박테리아와 포유류는 모두 해당 과정을 수행합니다.

에너지 생성은 해당 과정에서 시작하여 광합성, 그리고 산화 적 대사로 끝나는 3 단계로 진화한다고 제안되었습니다.

원시 환경에는 산소가 부족했기 때문에 초기 대사 반응이 산소 없이는했을 가능성이 있습니다.

진핵 세포의 진화

세포는 약 15 억년 전까지 만해도 고유하게 원핵 생물이었습니다. 이 단계에서 진정한 핵과 세포 기관을 가진 첫 번째 세포가 나타났습니다. 세포 기관의 진화를 설명하는 문헌에서 가장 두드러진 이론은 내 공생 이론입니다 (엔도는 내부를 의미합니다).

유기체는 환경에서 격리되지 않습니다. 생물학적 공동체는 적대적이고 시너지적인 여러 상호 작용을 나타냅니다. 서로 다른 상호 작용에 사용되는 포괄적 인 용어는 공생입니다. 이전에는 두 종 간의 상호 관계에만 사용되었습니다.

유기체 간의 상호 작용은 중요한 진화 적 결과를 가져 오며, 가장 극적인 예는 1980 년대 미국 연구원 Lynn Margulis가 처음 제안한 내 공생 이론입니다.

내 공생 이론의 가정

이 이론에 따르면 엽록체 및 미토콘드리아와 같은 일부 진핵 세포 기관은 처음에는 자유 생존 원핵 생물이었습니다. 진화의 어느 시점에서 원핵 생물은 더 큰 사람에게 삼켜졌지만 소화되지 않았습니다. 대신 그는 살아 남았고 더 큰 유기체 안에 갇혔습니다.

생존 외에도 두 유기체 사이의 번식 시간이 동기화되어 연속 세대로 이어졌습니다.

엽록체의 경우, 삼켜 진 유기체는 광합성을 수행하는 모든 효소 적기구를 보여 주었고, 더 큰 유기체에 이러한 화학 반응의 산물 인 단당류를 공급했습니다. 미토콘드리아의 경우, 삼켜 진 원핵 생물은 조상 α- 프로 테오 박테리아 일 수 있다고 가정합니다.

그러나 더 큰 숙주 유기체의 잠재적 인 정체성은 문헌에서 열린 질문입니다.

휩싸인 원핵 생물은 세포벽을 잃었고, 진화하는 동안 현대 세포 기관에서 유래 한 적절한 변형을 겪었습니다. 이것은 본질적으로 내 공생 이론입니다.

내 공생 이론에 대한 증거

현재 내 공생 이론을 뒷받침하는 여러 가지 사실이 있습니다. 즉, (a) 현재의 미토콘드리아와 엽록체의 크기는 원핵 생물의 크기와 비슷합니다. (b) 이들 세포 소기관은 핵과 완전히 독립적이지 않지만 (c) 두 생물학적 개체간에 여러 가지 생화학 적 유사성이 있지만 자체 유전 물질을 가지고 있으며 단백질의 일부를 합성합니다.

진핵 생물의 장점

진핵 세포의 진화는 원핵 생물에 비해 일련의 이점과 관련이 있습니다. 크기, 복잡성 및 구획화의 증가는 새로운 생화학 적 기능의 빠른 진화를 가능하게했습니다.

진핵 세포가 도착한 후 다세포 성이 생겼습니다. 세포가 더 큰 크기의 이점을 누리고 자 "원"하면 세포 표면이 부피에 비해 커야하므로 단순히 성장할 수 없습니다.

따라서 하나 이상의 세포를 가진 유기체는 크기를 늘리고이를 구성하는 여러 세포 사이에 작업을 분배 할 수있었습니다.

참고 문헌

1. 알 슈타인, AD (2015). 자손 가설 : 핵 단백질 세계와 생명이 시작된 방법. 생물학 다이렉트, 10, 67.
2. Anderson, PW (1983). 프리 바이오 틱 진화를위한 제안 된 모델 : 혼돈의 사용. 국립 과학원 회보, 80 (11), 3386-3390.
3. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). 생물학 : 지구상의 생명. 피어슨 교육.
4. Campbell, AN 및 Reece, JB (2005). 생물학. 편집 Médica Panamericana.
5. Gama, M. (2007). 생물학 1 : 구성 주의적 접근. 피어슨 교육.
6. Hogeweg, P., & Takeuchi, N. (2003). 프리 바이오 틱 진화 모델의 다단계 선택 : 구획 및 공간적 자기 조직화. 생명의 기원과 생물권의 진화, 33 (4-5), 375-403.
7. Lazcano, A., & Miller, SL (1996). 생명의 기원과 초기 진화 : 프리 바이오 틱 화학, 프리 -RNA 세계 및 시간. Cell, 85 (6), 793-798.
8. McKenney, K. 및 Alfonzo, J. (2016). 프리 바이오 틱스에서 프로바이오틱스까지 : tRNA 변형의 진화와 기능. 생명, 6 (1), 13.
9. Schrum, JP, Zhu, TF 및 Szostak, JW (2010). 세포 생명의 기원. 생물학의 Cold Spring Harbor 관점, a002212.
10. Silvestre, DA 및 Fontanari, JF (2008). 패키지 모델과 프리 바이오 틱 진화의 정보 위기. 이론 생물학 저널, 252 (2), 326-337.
11. Stano, P., & Mavelli, F. (2015). 생명의 기원과 합성 생물학의 원형 세포 모델. Life, 5 (4), 1700–1702.