내 공생 이론 : 역사, 그것이 제안하는 것, 예 - 생물학 - 2025

endosymbiotic 이론 oendosybiosis (엔도, 내부 공생 동거)의 조상 원핵 생물과 공생 관계부터 진핵 생물에 존재하는 다른 세포 소기관의 원점을 일으킨다.

이 관계에서 원핵 생물은 더 큰 사람에게 삼켜졌습니다. 결국 가장 작은 유기체는 소화되지 않고 살아남아 숙주의 세포질에 통합되었습니다.

내 공생 이론은 엽록체와 같은 진핵 세포 기관의 기원을 설명하고자합니다. 출처 : pixabay.com

진화의 연속성이 일어나기 위해서는 두 유기체 모두 비슷한 복제 시간을 가져야했습니다. 동기화 된 분열의 결과는 숙주의 자손이 공생 유기체를 포함하고 있다는 것입니다.

따라서 엽록체는 종속 영양 유기체와 시간이 지남에 따라 색소체가 된 시아 노 박테리아 사이의 내 공생의 결과라고 제안됩니다. 유사하게, 미토콘드리아는 알파-프로 테오 박테리아 그룹에서 진화 적 기원을 가지고 있다고 추측됩니다.

이러한 아이디어는 다양한 19 세기 과학자들의 마음 속에서 형성되기 시작했지만 1960 년대 중반 Lynn Margulis에 의해 적절하게 채택, 수정 및 지원되었습니다.

이 이론의 증거 중 일부는 크기, 게놈의 구성, 리보솜의 구조 및 분자 상 동성 측면에서 세포 기관과 박테리아의 유사성입니다.

역사

1900-1920 : Mereschkowsky, Portier, Wallien의 기고

대부분의 생물 학자들에게 내 공생 이론은 Lynn Margulis와 즉각적으로 연관되어 있습니다. 그러나 Margulis 이전의 여러 과학자들은 진핵 세포 기관의 기원을 설명하기 위해 초기 가설을 제안했습니다.

내 공생 이론과 관련된 첫 번째 아이디어는 1905 년에 색소체 (엽록체, 염색체, 아밀 로플 라스트 등을 포함하는 식물의 소기관)의 기원에 대한 설명을 한 러시아 식물 학자 Constantin Mereschkowsky에 기인합니다.

이 저자의 접근 방식은 기본적으로 "감소 된"시아 노 박테리아와 숙주 사이의 공생 이벤트로 구성됩니다. 과학자 Mereschkowsky의 생각은 당분간 혁신적 이었지만 다른 진핵 세포 기관의 기원에 대한 설명은 제공하지 않았습니다.

1918 년에 프랑스의 생물 학자 Paul Portier는 박테리아와 미토콘드리아의 유사점을 발견했습니다. 아이디어가 올바른 방향으로 진행되었지만 저자는 동료들에 의해 거부 된 방법론 인 세포 외부에서 미토콘드리아 배양을 제안했습니다.

1920 년대 중반 미토콘드리아의 기원은이 세포 기관이 원핵 생물의 후손이라고 확신 한 미국 이반 월린의 토착 생물 학자에 의해 확장되었습니다.

불행히도 Wallin은 제안 된 변형에 대한 그럴듯한 메커니즘을 찾지 못했기 때문에 내 공생 이론은 몇 년 동안 잊혀졌습니다.

1960 : Lynn Margulis의 기고

1960 년대가 되어서야 보스턴 대학의 젊은 연구원 인 Lynn Margulis가 세포 학적, 생화학 적, 고 생물학적 증거를 기반으로 내 공생 이론을 매우 강력하게 제안했습니다.

오늘날, 내 공생 이론은 정상으로 받아 들여지지 만, 마르 굴리스 시대에 그의 아이디어는 현저한 회의주의로 취급되어 15 개 이상의 과학 저널에서 그의 연구를 거부했습니다.

내 공생 이론은 무엇을 제안합니까?

최초의 원핵 세포의 기원은 35 억년 이상으로 거슬러 올라가며 약 15 억년 동안 이러한 방식으로 유지되었습니다. 이 기간이 지나면 첫 번째 진핵 세포가 나타 났고 복잡성, 핵 및 세포 기관의 존재로 확인 된 것으로 추정됩니다.

생물학에서 가장 중요한 주제 중 하나는 진핵 세포의 기원과 진화이며,이를 설명하려는 이론 중 하나는 내 공생 이론입니다.

이것은 조상 원핵 생물 간의 공생 사건에서 세포 기관의 기원을 제안합니다.

내 공생 이론의 결과 중 하나는 새로운 "기관"에서 숙주의 핵 게놈으로 공생 연합에 관여하는 원핵 생물 간의 유전자의 수평 이동입니다.

증거

아래에서 우리는 내 공생 이론을 뒷받침하는 일련의 일반적인 증거를 제시 할 것입니다.

크기

진핵 세포 기관 (엽록체 또는 미토콘드리아라고 부름)의 크기는 현대 세균 유기체의 크기와 매우 유사합니다.

리보솜

진핵 생물 계통과 원핵 생물 계통의 가장 유명한 차이점 중 하나는 단백질 합성에 관여하는 구조 인 리보솜을 구성하는 크고 작은 하위 단위의 크기에 있습니다.

엽록체와 미토콘드리아는 그 안에 리보솜을 가지고 있으며 이들은 진균에 설명 된 리보솜 특성을 나타냅니다.

유전 물질

엽록체와 미토콘드리아는 모두 원핵 생물과 마찬가지로 자체 원형 게놈을 갖는 것이 특징입니다.

미토콘드리아 게놈

미토콘드리아 게놈은 문제가되는 세포 기관의 단백질 합성에 관여하는 소수의 리보솜 RNA와 전달 RNA를 코딩하는 유전자로 구성됩니다.

대부분의 구조 단백질과 미토콘드리아 효소는 핵 유전 물질에 존재하는 유전자에 의해 암호화됩니다.

미토콘드리아 게놈의 조직은 진핵 계통에 따라 크게 다릅니다. 예를 들어, 인간의 경우 미토콘드리아 게놈은 2 개의 리보솜 RNA, 22 개의 전달 RNA 및 13 개의 단백질을 코딩하는 약 16,569 개의 ​​염기쌍을 포함하는 원형 분자입니다.

엽록체 게놈

미토콘드리아 게놈과 달리 엽록체 게놈은 약간 더 크고 약 120 개의 단백질 합성에 필요한 정보를 포함합니다.

세포 기관 게놈의 결과

엽록체와 미토콘드리아의 독특한 분열 방식은 멘델이 아닌 패턴을 보여줍니다. 즉, 번식은 신생 세포 합성이 아니라 번식 (박테리아에서와 같이)을 통해 발생합니다.

이 현상은 세포핵에서 찾을 수없는 고유 한 유전 물질이 존재하기 때문에 발생합니다. 미토콘드리아는 모계 계통에 의해 유전되며 대부분의 유성 생식 식물에서 엽록체는 모체에 의한 접합체 형성에 기여합니다.

분자 상 동성

유전자 시퀀싱 덕분에 미토콘드리아와 엽록체의 리보솜 RNA 및 기타 유전자의 서열이 진핵 생물의 핵에 보관 된 서열보다 박테리아의 서열과 더 밀접한 관련이 있다는 것이 분명해졌습니다.

미토콘드리아의 DNA 서열은 알파-프로 테오 박테리아라고하는 특정 박테리아 그룹에서 발견되는 서열과 현저하게 유사합니다. 이 증거는 내 공생 사건에 참여한 가능한 유기체가 조상 알파-프로 테오 박테 리움임을 시사합니다.

대조적으로, 엽록체의 서열은 광합성 반응을 수행하는 데 필요한 효소 기계를 가진 진균 군인 시아 노 박테리아와 밀접한 관련이있는 것으로 보입니다.

미토콘드리아의 기원

오늘날의 미토콘드리아는 산화 적 인산화에 필요한 효소 기계와 함께 큰 혐기성 세포가 더 작은 호기성 박테리아를 삼키는 1 ~ 15 억년 전에 발생한 사건에서 발생했을 수 있습니다.

호기성 유기체는 각각의 분해 된 유기 분자에 대해 더 많은 ATP를 생성 할 수있는 능력을 숙주에게 제공했습니다.

내 공생 이론이 과학계에서 수용됨에 따라 공생에 관련된 조상 유기체의 분류 학적 정체성에 대해 뜨거운 논쟁이있었습니다.

오늘날이 아이디어는 큰 숙주가 고세균이고 (앞에서 언급했듯이) 삼켜 진 유기체는 알파-프로 테오 박테 리움이라는 것입니다. 이론의 일부 변형은 여러 혐기성 형태가 있기 때문에 혐기성 박테리아를 제안합니다. 수소 좀과 같은 미토콘드리아의.

색소체의 기원

일차 색소체의 기원

1960 년대 후반에 공생 이론은 여러 생물학 분야의 강력한 증거에 의해 뒷받침되었지만, 생물 정보학 처리 및 시퀀싱 기술의 급속한 발전이 분자 수준에서 증거를 제공 한 것은 1990 년대가되었습니다.

분자 계통 발생에 기초한 비교 연구는 식물의 색소체에 의해 암호화 된 유전자의 기원을 시아 노 박테리아로 추적 할 수있었습니다. 또한, 그들은 내 공생 게놈에서 숙주 핵 게놈으로의 유전자 전달을 입증했습니다.

최초의 색소체의 설립은 15 억년 전에 발생한 것으로 추정되지만, 시간적 수치는 과학자들 사이에서 여전히 논란의 여지가 있습니다.

이차 색소체의 기원

원핵 숙주 내에서 조상 시아 노 박테리아의 확립이 일차 색소체의 기원을 설명하지만, 일부 광합성 유기체에서 발견되는 이차 플라스틱의 기원을 설명하려고 할 때 진화의 역사는 복잡해집니다.

이러한 2 차 색소체는 추가 막, 즉 일반적으로 세포 기관을 둘러싸는 두 막에 대한 하나 또는 두 개의 추가 막의 존재를 특징으로합니다. 조상 원핵 생물이 시아 노박 테 리움을 삼킨다면 3 개 또는 4 개의 막을 모두 얻지 못하기 때문에이 막의 수는 해석을 복잡하게합니다.

따라서이 진화론 적 문제에 대한 독창적 인 대답은 다중 내 공생 사건을 제안하는 것이 었습니다. 이 맥락에서 이미 존재하는 색소체가있는 식물 세포는 두 번째 숙주에 의해 삼 켜져 결국 색소체로 축소됩니다.

어떤 경우에는 세 번째 내 공생 사건이 발생합니다. 공생의 수와 숙주의 성격은 문헌에서 논의되지만 여러 내 공생 사건의 아이디어를 뒷받침하는 경험적 증거가 있습니다.

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