Zawartość
Blisko cztery miliardy lat temu pierwsze formy życia pojawiły się na Ziemi i były to najwcześniejsze bakterie. Bakterie te ewoluowały wraz z upływem czasu i ostatecznie rozwinęły się w wiele form życia, jakie można dziś zobaczyć. Bakterie należą do grupy organizmów zwanych prokariotami, jednokomórkowymi istotami, które nie zawierają wewnętrznych struktur związanych z błonami. Inną klasą organizmów są eukarioty, które mają jądra związane z błoną i inne struktury. Mitochondria, które dostarczają komórce energii, są jedną z tych struktur związanych z błonami, zwanych organellami. Chloroplasty to organelle w komórkach roślinnych, które mogą wytwarzać żywność. Te dwie organelle mają wiele wspólnego z bakteriami i mogły ewoluować bezpośrednio z nich.
Oddzielne genomy
Bakterie przenoszą swoje DNA, cząsteczkę zawierającą geny, w okrągłych składnikach zwanych plazmidami. Mitochondria i chloroplasty mają własne DNA przenoszone w plazmidowych strukturach. Ponadto DNA mitochondriów i chloroplastów, podobnie jak bakterii, nie przyłącza się do struktur ochronnych zwanych histonami, które wiążą DNA. Organelle te wytwarzają własne DNA i syntetyzują własne białka niezależnie od reszty komórki.
Synteza białek
Bakterie wytwarzają białka w strukturach zwanych rybosomami. Proces wytwarzania białka rozpoczyna się od tego samego aminokwasu, jednej z 20 podjednostek tworzących białka. Ten wyjściowy aminokwas to N-formylometionina w bakteriach, a także mitochondriach i chloroplastach. N-formylometionina jest inną postacią aminokwasu metioniny; białka wytwarzane w pozostałych komórkach rybosomy mają inny sygnał startowy - zwykłą metioninę. Ponadto rybosomy chloroplastowe są bardzo podobne do rybosomów bakteryjnych i różnią się od rybosomów komórkowych.
Replikacja
Mitochondria i chloroplasty wytwarzają więcej z siebie w ten sam sposób, w jaki rozmnażają się bakterie. Jeśli mitochondria i chloroplasty zostaną usunięte z komórki, komórka nie będzie mogła wytwarzać więcej tych organelli, aby zastąpić te, które zostały usunięte. Jedynym sposobem na replikację tych organelli jest ta sama metoda stosowana przez bakterie: rozszczepienie binarne. Podobnie jak bakterie, mitochondria i chloroplasty powiększają się, duplikują swoje DNA i inne struktury, a następnie dzielą się na dwie identyczne organelle.
Wrażliwość na antybiotyki
Wydaje się, że działanie mitochondriów i chloroplastów jest zaburzone przez działanie tych samych antybiotyków, które powodują problemy dla bakterii. Antybiotyki, takie jak streptomycyna, chloramfenikol i neomycyna zabijają bakterie, ale powodują także uszkodzenie mitochondriów i chloroplastów. Na przykład chloramfenikol działa na rybosomy, struktury w komórkach, które są miejscami produkcji białka. Antybiotyk specyficznie działa na rybosomy bakteryjne; niestety wpływa również na rybosomy w mitochondriach, podsumowuje badanie z 2012 r. dr Alison E. Barnhill i współpracowników z Iowa State University College of Veterinary Medicine i opublikowane w czasopiśmie „Antimicrobial Agents and Chemioterapia”.
Teoria endosymbiotyczna
Z powodu uderzających podobieństw między chloroplastami, mitochondriami i bakteriami naukowcy zaczęli analizować ich wzajemne relacje. Biolog Lynn Margulis opracowała teorię endosymbiotyczną w 1967 roku, wyjaśniając pochodzenie mitochondriów i chloroplastów w komórkach eukariotycznych. Dr Margulis wysunął teorię, że zarówno mitochondria, jak i chloroplasty powstały w świecie prokariotycznym. Mitochondria i chloroplasty były właściwie prokariotami, prostymi bakteriami, które tworzyły związek z komórkami gospodarza. Te komórki gospodarza były prokariotami, które nie były w stanie żyć w środowisku bogatym w tlen i pochłonęły te mitochondrialne prekursory. Te organizmy żywicielskie dostarczały żywności swoim mieszkańcom w zamian za to, że mogą przetrwać w trującym środowisku zawierającym tlen. Chloroplasty z komórek roślinnych mogły pochodzić z organizmów podobnych do sinic. Prekursor chloroplastów zaczął żyć symbiotycznie z komórkami roślinnymi, ponieważ bakterie te dostarczałyby gospodarzom żywności w postaci glukozy, podczas gdy komórki gospodarze stanowiłyby bezpieczne miejsce do życia.