We are searching data for your request:
Upon completion, a link will appear to access the found materials.
ไมโตคอนเดรียเป็นออร์แกเนลล์ที่สร้างพลังงาน ซึ่งเชื่อกันว่าครั้งหนึ่งเคยเป็นอัลฟาโปรตีโอแบคทีเรียมที่มีชีวิตอิสระ
วัตถุประสงค์การเรียนรู้
- อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างเอนโดซิมไบโอซิสและไมโทคอนเดรียกับวิวัฒนาการของยูคาริโอต
ประเด็นสำคัญ
- เซลล์ยูคาริโอตมีไมโตคอนเดรียในปริมาณที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับความต้องการพลังงานของเซลล์
- ไมโตคอนเดรียมีคุณสมบัติหลายอย่างที่บ่งชี้ว่าพวกมันเคยเป็นสิ่งมีชีวิตอิสระ ซึ่งรวมถึง DNA ของพวกมันเอง การแบ่งตัวที่ไม่ขึ้นกับเซลล์ และลักษณะทางกายภาพที่คล้ายกับอัลฟาโปรตีโอแบคทีเรีย
- ยีนยลบางตัวถูกถ่ายโอนไปยังจีโนมนิวเคลียร์เมื่อเวลาผ่านไป แต่ไมโตคอนเดรียยังคงรักษาสารพันธุกรรมบางอย่างไว้ด้วยเหตุผลที่ไม่เข้าใจอย่างสมบูรณ์
- การถ่ายโอนยีนตามสมมุติฐานจากไมโตคอนเดรียไปยังนิวเคลียสของเซลล์เจ้าบ้านน่าจะอธิบายได้ว่าทำไมไมโตคอนเดรียจึงไม่สามารถอยู่รอดได้นอกเซลล์เจ้าบ้าน
คำสำคัญ
- คริสต้า: cristae ( crista เอกพจน์) เป็นช่องภายในที่เกิดจากเยื่อหุ้มชั้นในของไมโตคอนเดรีย
- แวคิวโอล: ช่องขนาดใหญ่ที่ผูกกับเมมเบรนและเต็มไปด้วยของเหลวในไซโตพลาสซึมของเซลล์
- เอนโดซิมไบโอซิส: เมื่อนำสายพันธุ์ทางชีวภาพหนึ่งชนิดเข้าไปในไซโทพลาสซึมของสิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกันอีกชนิดหนึ่งและทั้งสองชนิดกลายเป็นเอนโดซิมไบโอติก
ความสัมพันธ์ระหว่างเอนโดซิมไบโอซิสกับไมโตคอนเดรีย
ลักษณะเด่นประการหนึ่งที่ทำให้โปรคาริโอตแตกต่างจากยูคาริโอตคือการมีไมโตคอนเดรีย เซลล์ยูคาริโอตมีไมโตคอนเดรียตั้งแต่หนึ่งถึงหลายพันตัว ขึ้นอยู่กับระดับการใช้พลังงานของเซลล์ ไมโตคอนเดรียแต่ละตัววัดความยาวได้ระหว่าง 1 ถึง 10 µm และมีอยู่ในเซลล์เป็นออร์แกเนลล์ที่สามารถเป็นรูปวงรี เป็นรูปหนอน หรือแตกแขนงอย่างประณีต ไมโตคอนเดรียเกิดจากการแบ่งตัวของไมโตคอนเดรียที่มีอยู่ อาจหลอมรวมกันได้ พวกมันเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ ภายในเซลล์โดยปฏิสัมพันธ์กับโครงร่างโครงร่าง อย่างไรก็ตาม ไมโตคอนเดรียไม่สามารถอยู่รอดได้นอกเซลล์ เมื่อปริมาณออกซิเจนเพิ่มขึ้นในบรรยากาศเมื่อหลายพันล้านปีก่อน และเมื่อแอโรบิกโปรคาริโอตพัฒนาขึ้น หลักฐานบ่งชี้ว่าเซลล์บรรพบุรุษที่มีการแบ่งส่วนของเมมเบรนบางส่วนจะกลืนกินโปรคาริโอตแอโรบิกที่มีชีวิตอิสระ โดยเฉพาะอัลฟา-โปรตีโอแบคทีเรียม จึงทำให้เซลล์เจ้าบ้าน ความสามารถในการใช้ออกซิเจนเพื่อปล่อยพลังงานที่สะสมอยู่ในสารอาหาร Alpha-proteobacteria เป็นแบคทีเรียกลุ่มใหญ่ที่รวมสปีชีส์ที่พึ่งพาอาศัยกับพืช สิ่งมีชีวิตที่เป็นโรคที่สามารถแพร่เชื้อสู่มนุษย์ผ่านเห็บ และสปีชีส์ที่มีชีวิตอิสระจำนวนมากที่ใช้แสงเป็นพลังงาน หลักฐานหลายบรรทัดสนับสนุนการได้มาของไมโตคอนเดรียจากเหตุการณ์เอนโดซิมไบโอติกนี้ ไมโตคอนเดรียส่วนใหญ่มีรูปร่างเหมือนอัลฟาโปรตีโอแบคทีเรียและล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มสองแผ่น ซึ่งจะส่งผลให้สิ่งมีชีวิตที่จับกับเมมเบรนดูดกลืนอีกตัวหนึ่งเข้าไปในแวคิวโอล เยื่อหุ้มชั้นในของไมโทคอนเดรียเกี่ยวข้องกับอินโฟลลิ่งจำนวนมากที่เรียกว่าคริสเตซึ่งคล้ายกับพื้นผิวด้านนอกของอัลฟาโปรตีโอแบคทีเรีย เมทริกซ์และเยื่อหุ้มชั้นในอุดมไปด้วยเอนไซม์ที่จำเป็นสำหรับการหายใจแบบใช้ออกซิเจน
ไมโทคอนเดรียแบ่งอย่างอิสระด้วยกระบวนการที่คล้ายกับฟิชชันแบบไบนารีในโปรคาริโอต โดยเฉพาะไมโทคอนเดรียไม่ก่อตัวขึ้น เดอโนโว โดยเซลล์ยูคาริโอต พวกมันสืบพันธุ์ภายในเซลล์และกระจายระหว่างสองเซลล์เมื่อเซลล์แบ่งตัว ดังนั้นแม้ว่าออร์แกเนลล์เหล่านี้จะถูกรวมเข้ากับเซลล์ยูคาริโอตอย่างมาก พวกมันยังคงสืบพันธุ์ราวกับว่าพวกมันเป็นสิ่งมีชีวิตอิสระภายในเซลล์ อย่างไรก็ตาม การสืบพันธุ์ของพวกมันจะถูกซิงโครไนซ์กับกิจกรรมและการแบ่งเซลล์ ไมโตคอนเดรียมีโครโมโซม DNA ทรงกลมของตัวเองที่เสถียรโดยยึดติดกับเยื่อหุ้มชั้นในและมียีนที่คล้ายกับยีนที่แสดงออกโดยอัลฟาโปรตีโอแบคทีเรีย ไมโทคอนเดรียยังมีไรโบโซมพิเศษและถ่ายโอน RNA ที่คล้ายกับส่วนประกอบเหล่านี้ในโปรคาริโอต คุณสมบัติเหล่านี้สนับสนุนทั้งหมดที่ไมโตคอนเดรียเคยเป็นโปรคาริโอตที่มีชีวิตอิสระ
ยีนยล
ไมโทคอนเดรียที่ทำการหายใจแบบใช้ออกซิเจนมีจีโนมของตัวเอง โดยมียีนที่คล้ายคลึงกับยีนในอัลฟาโปรตีโอแบคทีเรีย อย่างไรก็ตาม ยีนจำนวนมากสำหรับโปรตีนทางเดินหายใจนั้นอยู่ในนิวเคลียส เมื่อเปรียบเทียบกับยีนเหล่านี้กับสิ่งมีชีวิตอื่น ยีนเหล่านี้มีต้นกำเนิดจากอัลฟาโปรตีโอแบคทีเรีย นอกจากนี้ ในกลุ่มยูคาริโอตบางกลุ่ม ยีนดังกล่าวจะพบในไมโทคอนเดรีย ในขณะที่กลุ่มอื่นๆ จะพบในนิวเคลียส สิ่งนี้ได้รับการตีความว่าเป็นหลักฐานว่ายีนได้รับการถ่ายทอดจากโครโมโซมเอนโดซิมบิออนไปยังจีโนมของโฮสต์ การสูญเสียยีนโดยเอนโดซิมบิออนต์นี้น่าจะเป็นคำอธิบายว่าทำไมไมโตคอนเดรียจึงไม่สามารถอยู่ได้หากไม่มีโฮสต์
แม้จะมีการถ่ายโอนยีนระหว่างไมโตคอนเดรียและนิวเคลียส แต่ไมโตคอนเดรียยังคงรักษาสารพันธุกรรมอิสระไว้ได้มาก คำอธิบายที่เป็นไปได้ประการหนึ่งสำหรับไมโตคอนเดรียที่คงการควบคุมยีนบางตัวไว้คือ การขนส่งโปรตีนที่ไม่ชอบน้ำผ่านเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียอาจเป็นเรื่องยาก รวมทั้งต้องแน่ใจว่าพวกมันถูกส่งไปยังตำแหน่งที่ถูกต้อง ซึ่งแนะนำว่าจะต้องผลิตโปรตีนเหล่านี้ภายในไมโตคอนเดรีย คำอธิบายที่เป็นไปได้อีกประการหนึ่งคือ การใช้ codon ระหว่างนิวเคลียสและไมโทคอนเดรียมีความแตกต่างกัน ทำให้ยากต่อการถ่ายโอนยีนอย่างเต็มที่ คำอธิบายที่เป็นไปได้ประการที่สามคือไมโตคอนเดรียจำเป็นต้องผลิตสารพันธุกรรมของตัวเองเพื่อให้แน่ใจว่ามีการควบคุมเมตาบอลิซึมในเซลล์ยูคาริโอต ซึ่งบ่งชี้ว่า mtDNA ส่งผลโดยตรงต่อระบบทางเดินหายใจและกระบวนการลด/ออกซิเดชันของไมโตคอนเดรีย
วิวัฒนาการของไมโตคอนเดรีย
เมื่อมองผ่านเลนส์ของจีโนมที่มีอยู่ ไมโทคอนเดรียนมีบรรพบุรุษของแบคทีเรียที่ไม่ต้องสงสัย ซึ่งมีต้นกำเนิดจากภายในไฟลัมแบคทีเรีย α-Proteobacteria (Alphaproteobacteria) ดังนั้น สมมติฐานเอนโดซิมบิออนต์ - แนวคิดที่ว่าไมโทคอนเดรียนวิวัฒนาการมาจากต้นกำเนิดของแบคทีเรียโดยอาศัยการพึ่งพาอาศัยกันภายในเซลล์เจ้าบ้านที่เป็นยูคาริโอตเป็นหลัก - ได้สันนิษฐานถึงสถานะของทฤษฎี ทว่าวิวัฒนาการของจีโนมยลได้ดำเนินไปตามวิถีทางที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิงในสายเลือดของยูคาริโอตที่หลากหลาย และออร์แกเนลล์เองก็ถูกมองว่าเป็นโมเสกทางพันธุกรรมและการทำงานมากขึ้นเรื่อยๆ โดยที่โปรตีโอมของไมโตคอนเดรียส่วนใหญ่มีต้นกำเนิดจากการวิวัฒนาการนอกอัลฟาโปรตีโอแบคทีเรีย ข้อมูลใหม่ยังคงปรับมุมมองของเราเกี่ยวกับวิวัฒนาการของไมโตคอนเดรีย โดยเฉพาะอย่างยิ่งการตั้งคำถามว่าไมโทคอนเดรียมีต้นกำเนิดหลังจากเซลล์ยูคาริโอตเกิดขึ้น ดังที่สันนิษฐานไว้ในสมมติฐานเอนโดซิมบิออนแบบคลาสสิก หรือออร์แกเนลล์นี้มีจุดเริ่มต้นพร้อมกับเซลล์ที่ประกอบด้วย .
1 คำตอบ 1
นี่เป็นหนึ่งในคำถามที่น่าสนใจที่สุดเกี่ยวกับวิวัฒนาการของยูคาริโอต เท่าที่ฉันรู้และได้อ่านมา ทฤษฎีอัตตาจรนี้ไม่เป็นที่ยอมรับ มีความคิดเห็นค่อนข้างมากในหัวข้อนี้ นอกจากนี้ยังมีหนังสือที่ยอดเยี่ยมโดย Nick Lane เกี่ยวกับไมโตคอนเดรียที่เรียกว่า พลังเซ็กส์และการฆ่าตัวตาย. คุณจะสนใจที่จะอ่านมัน
ไม่มีหลักฐานเพียงพอสำหรับการเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการจากโปรคาริโอตไปเป็นยูคาริโอต ซึ่งค่อนข้างบ่งชี้ว่านี่เป็นการกระโดดควอนตัมบางประเภท ตัวอย่างเช่น:
- ไม่มีบันทึกไมโครฟอสซิลสำหรับตัวกลางวิวัฒนาการ
- ลักษณะของยูคาริโอตเกือบทั้งหมดรวมทั้งออร์แกเนลล์ ซินกามี นิวเคลียส ฯลฯ ปรากฏขึ้นพร้อมกัน
ดังนั้นการจะตอบว่ามันเกิดขึ้นได้อย่างไรจึงค่อนข้างยาก
สำหรับทฤษฎี autogenous เป็นไปไม่ได้ที่เซลล์ยูคาริโอตขนาดใหญ่ (สารตั้งต้นของไมโทคอนเดรีย) จะตอบสนองความต้องการพลังงานโดยไม่มีออร์แกเนลล์เช่นไมโตคอนเดรีย เช่น โปรคาริโอตที่มีขนาดใหญ่เท่ากับเซลล์ยูคาโยติจะไม่รอด คุณสามารถตรวจสอบโพสต์นี้
มีเซลล์ยูคาริโอตที่ไม่มีไมโตคอนเดรีย (เช่น Entamoeba histolytica ) หรือมีอันที่มีฟังก์ชันการทำงานลดลง อย่างไรก็ตาม สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่ตัวกลางในวิวัฒนาการ แต่สูญเสียการทำงานในลักษณะถอยหลังเข้าคลอง
มีหลักฐานอีกประการหนึ่งที่สนับสนุนทฤษฎีเอนโดซิมไบโอซิส: มีข้อสังเกตนี้ว่าออร์แกเนลล์ที่มีจำนวนน้อยกว่าในเซลล์จะคงสภาพของออร์แกเนลล์ไว้มากกว่า จีโนม เมื่อเทียบกับออร์แกเนลล์ที่มีจำนวนส่วนเกิน (เช่น พลาสติดและไมโตคอนเดรีย) นี้เรียกว่า สมมติฐานหน้าต่างการโอนที่จำกัด ซึ่งเป็นเหตุผลที่ออร์แกเนลล์ไปสู่การเคลื่อนย้ายยีนนิวเคลียร์จะเกิดขึ้นเนื่องจากการบาดเจ็บของออร์แกเนลล์และโอกาสที่เซลล์จะทนต่อออร์แกเนลล์จะสูงขึ้นหากมีออร์แกเนลล์จำนวนมากขึ้น
บทความนี้เสนอมุมมองทางเลือกที่แบคทีเรียที่กินสัตว์อื่นเช่น Bdellovibrio สามารถปักหลักในโฮสต์โปรคาริโอตได้ มีกรณีอื่นๆ ของเอนโดซิมบิออนของแบคทีเรียในแบคทีเรียที่มีขนาดใหญ่กว่า (ฉันต้องการเวลาในการขุดข้อมูลอ้างอิง ย้อนอ่านสักนิด) แต่สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่บรรพบุรุษของยูคาริโอต
สรุปผู้เขียน
เซลล์สืบพันธุ์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม (ไข่และสเปิร์ม) เป็นอมตะในแง่ที่ว่ามันแพร่กระจายไปในรุ่นต่อๆ ไป ในทางตรงกันข้าม เซลล์ร่างกาย (ร่างกาย) จะไม่คงอยู่ต่อไปในรุ่นต่อไป ทั้งพืชและสัตว์พื้นฐาน เช่น ฟองน้ำและปะการังไม่มีเจิร์มไลน์ พวกมันแค่สร้างเซลล์สืบพันธุ์จากสเต็มเซลล์ในเนื้อเยื่อของผู้ใหญ่ ไม่ทราบสาเหตุของความแตกต่างเหล่านี้ เราพัฒนาแบบจำลองวิวัฒนาการที่แสดงให้เห็นว่าเจิร์มไลน์พัฒนาขึ้นเพื่อตอบสนองต่อการเลือกไมโตคอนเดรีย ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานของเซลล์ ไมโตคอนเดรียยังคงรักษายีนของตัวเอง ซึ่งเกิดขึ้นในหลายสำเนาต่อเซลล์ ในพืชและสัตว์พื้นฐาน ยีนของไมโตคอนเดรียจะกลายพันธุ์อย่างช้าๆ การแบ่งเซลล์ในการแบ่งเซลล์หลายๆ รอบเพื่อสร้างตัวเต็มวัยทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของไมโตคอนเดรียที่กลายพันธุ์ระหว่างเซลล์สืบพันธุ์ ซึ่งเพียงพอสำหรับการคัดเลือกโดยธรรมชาติเพื่อปรับปรุงการทำงานของไมโตคอนเดรีย ในสัตว์ที่กระฉับกระเฉงมากขึ้นตั้งแต่การระเบิด Cambrian เป็นต้นไป อัตราการกลายพันธุ์ของไมโตคอนเดรียเพิ่มขึ้นอย่างมาก สิ่งนี้จำเป็นต้องมีวิวัฒนาการของเจิร์มไลน์เฉพาะ กันไว้ก่อนในการพัฒนาโดยมีการป้อนข้อมูลการกลายพันธุ์ที่ต่ำลง นอกจากนี้ยังชอบไข่ขนาดใหญ่ (เริ่มต้นด้วยไมโตคอนเดรียหลายพันตัว) และการคัดแยกหลังจากการผลิตมากเกินไป (atresia) อุปกรณ์ทั้งสองรักษาคุณภาพของไมโตคอนเดรีย วิวัฒนาการของการกักเก็บเจิร์มไลน์มีผลที่ลึกซึ้ง ทำให้เกิดกระบวนการพัฒนาที่ซับซ้อนและเนื้อเยื่อของผู้ใหญ่ที่ใช้แล้วทิ้งอย่างแท้จริง
การอ้างอิง: Radzvilavicius AL, Hadjivasiliou Z, Pomiankowski A, Lane N (2016) การคัดเลือกสำหรับคุณภาพของไมโตคอนเดรียทำให้เกิดวิวัฒนาการของเชื้อโรค PLoS จิตเวช 14(12): e2000410. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.2000410
บรรณาธิการวิชาการ: Thomas Kirkwood, Newcastle University, สหราชอาณาจักร
ได้รับ: 23 มิถุนายน 2559 ยอมรับ: 29 พฤศจิกายน 2559 ที่ตีพิมพ์: 20 ธันวาคม 2559
ลิขสิทธิ์: © 2016 Radzvilavicius et al. นี่เป็นบทความการเข้าถึงแบบเปิดที่เผยแพร่ภายใต้เงื่อนไขของ Creative Commons Attribution License ซึ่งอนุญาตให้ใช้ แจกจ่าย และทำซ้ำได้ไม่จำกัดในสื่อใดๆ โดยต้องให้เครดิตผู้เขียนต้นฉบับและแหล่งที่มา
ความพร้อมใช้งานของข้อมูล: โมเดลนี้ถูกนำไปใช้ใน GitHub และสามารถเข้าถึงได้ที่: https://github.com/ArunasRadzvilavicius/GermlineEvolution ไฟล์ข้อมูลพื้นฐานทั้งหมดมีอยู่ที่: https://github.com/ArunasRadzvilavicius/GermlineEvolution/tree/master/FigureData
เงินทุน: EPSRC https://www.epsrc.ac.uk/ (หมายเลขสิทธิ์ EP/L504889/1) รับโดย ZH. ผู้ให้ทุนไม่มีบทบาทในการออกแบบการศึกษา การรวบรวมและวิเคราะห์ข้อมูล การตัดสินใจเผยแพร่ หรือการเตรียมต้นฉบับ NERC http://www.nerc.ac.uk/ (หมายเลข NE/G00563X/1) ได้รับจากเอพี ผู้ให้ทุนไม่มีบทบาทในการออกแบบการศึกษา การรวบรวมและวิเคราะห์ข้อมูล การตัดสินใจเผยแพร่ หรือการเตรียมต้นฉบับ EPSRC https://www.epsrc.ac.uk/ (หมายเลขทุน EP/F500351/1, EP/I017909/1, EP/K038656/1) ได้รับจากเอพี ผู้ให้ทุนไม่มีบทบาทในการออกแบบการศึกษา การรวบรวมและวิเคราะห์ข้อมูล การตัดสินใจเผยแพร่ หรือการเตรียมต้นฉบับ Leverhulme Turst https://www.leverhulme.ac.uk/ (หมายเลขอนุญาต RPG-425) ได้รับโดย NL ผู้ให้ทุนไม่มีบทบาทในการออกแบบการศึกษา การรวบรวมและวิเคราะห์ข้อมูล การตัดสินใจเผยแพร่ หรือการเตรียมต้นฉบับ EPSRC https://www.epsrc.ac.uk/ (EP/F500351/1). ได้รับจากเออาร์ ผู้ให้ทุนไม่มีบทบาทในการออกแบบการศึกษา การรวบรวมและวิเคราะห์ข้อมูล การตัดสินใจเผยแพร่ หรือการเตรียมต้นฉบับ
การแข่งขันความสนใจ: ผู้เขียนได้ประกาศว่าไม่มีผลประโยชน์ที่แข่งขันกัน
ตัวย่อ: ROS ออกซิเจนชนิดปฏิกิริยา ยูวี อัลตราไวโอเลต
สังกัด
Department of Biology, University of Padua, Padua, อิตาลี
Marta Giacomello, Aswin Pyakurel, Christina Glytsou และลูก้า สกอร์ราโน
Veneto Institute of Molecular Medicine, ปาดัว, อิตาลี
อัสวิน พยากุเรล, คริสติน่า กลิตซู & ลูก้า สกอร์ราโน
คุณยังสามารถค้นหาผู้เขียนคนนี้ใน PubMed Google Scholar
คุณยังสามารถค้นหาผู้เขียนคนนี้ใน PubMed Google Scholar
คุณยังสามารถค้นหาผู้เขียนคนนี้ใน PubMed Google Scholar
คุณยังสามารถค้นหาผู้เขียนคนนี้ใน PubMed Google Scholar
ผลงาน
เอ็มจี และแอล.เอส. แนวความคิด เขียน และแก้ไขบทความเป็นส่วนใหญ่ A.P. และ C.G. เขียนส่วนย่อย ผู้เขียนทุกคนอนุมัติเนื้อหาสุดท้าย
ผู้เขียนที่สอดคล้องกัน
วิวัฒนาการที่เป็นปฏิปักษ์ทางเพศของการเชื่อมโยงไมโตคอนเดรียและนิวเคลียร์
Arunas Radzvilavicius, Department of Mathematics, University of Bergen, เบอร์เกน, นอร์เวย์
Iain G. Johnston, Computational Biology Unit, University of Bergen, เบอร์เกน, นอร์เวย์.
School of Biological Sciences, Monash University, Melbourne, Vic., Australia
School of Biological Sciences, Monash University, Melbourne, Vic., Australia
School of Biological Sciences, Monash University, Melbourne, Vic., Australia
Department of Mathematics, University of Bergen, Bergen, นอร์เวย์
Computational Biology Unit, University of Bergen, Bergen, นอร์เวย์
Arunas Radzvilavicius, Department of Mathematics, University of Bergen, เบอร์เกน, นอร์เวย์
Iain G. Johnston, Computational Biology Unit, University of Bergen, เบอร์เกน, นอร์เวย์.
Department of Mathematics, University of Bergen, Bergen, นอร์เวย์
Charles Perkins Centre, University of Sydney, Sydney, NSW, Australia
Arunas Radzvilavicius, Department of Mathematics, University of Bergen, เบอร์เกน, นอร์เวย์
Iain G. Johnston, Computational Biology Unit, University of Bergen, เบอร์เกน, นอร์เวย์.
School of Biological Sciences, Monash University, Melbourne, Vic., Australia
School of Biological Sciences, Monash University, Melbourne, Vic., Australia
School of Biological Sciences, Monash University, Melbourne, Vic., Australia
Department of Mathematics, University of Bergen, Bergen, นอร์เวย์
Computational Biology Unit, University of Bergen, Bergen, นอร์เวย์
Arunas Radzvilavicius, Department of Mathematics, University of Bergen, เบอร์เกน, นอร์เวย์
Iain G. Johnston, Computational Biology Unit, University of Bergen, เบอร์เกน, นอร์เวย์.
เชิงนามธรรม
ข้ามยูคาริโอต ยีนที่เข้ารหัสเครื่องจักรพลังงานชีวภาพนั้นอยู่ในทั้ง DNA ของไมโตคอนเดรียและนิวเคลียส และความเข้ากันไม่ได้ระหว่างจีโนมทั้งสองสามารถทำลายล้างได้ ไมโตคอนเดรียมักสืบทอดมาจากมารดา และทฤษฎีคาดการณ์ผลกระทบด้านสมรรถภาพทางกายเฉพาะเพศของความหลากหลายของการกลายพันธุ์ของไมโตคอนเดรีย ทว่าวิวัฒนาการที่กระทำต่อรูปแบบการเชื่อมโยงระหว่างจีโนมยลและนิวเคลียสนั้นเป็นเรื่องที่เข้าใจได้ไม่ดีนัก การใช้แบบจำลองประชากรและพันธุกรรมของไมโตนิวเคลียร์แบบใหม่ เราแสดงให้เห็นว่าการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างยีนนิวเคลียร์และยีนของไมโตคอนเดรียรักษาความหลากหลายของฮาโพลไทป์ของไมโตคอนเดรียภายในประชากร และเลือกทั้งสำหรับการแยกยีนที่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างไมโตคอนเดรียและสำหรับการรั่วไหลของบิดา ผลกระทบจากวิวัฒนาการความเชื่อมโยงทางพันธุกรรมเหล่านี้สามารถขจัดผลกระทบด้านสมรรถภาพทางกายที่ทำร้ายผู้ชายจากความหลากหลายในการกลายพันธุ์ของ mtDNA ด้วยการถ่ายทอดไมโตคอนเดรียของมารดา ตัวเมียยังคงจับคู่ไมโตคอนเดรียที่แน่นแฟ้น แต่ตัวผู้สะสมการกลายพันธุ์ที่ไม่ตรงกันเนื่องจากความสัมพันธ์ทางสถิติที่อ่อนแอระหว่างองค์ประกอบจีโนมทั้งสอง การแบ่งแยกที่ไม่ขึ้นกับเพศของตำแหน่งที่มีปฏิสัมพันธ์กับไมโตคอนเดรียช่วยปรับปรุงการจับคู่ไมโตกับนิวเคลียร์ ในกระบวนการวิวัฒนาการที่เป็นปฏิปักษ์ทางเพศ อัลลีลของนิวเคลียสเพศชายวิวัฒนาการเพื่อเพิ่มอัตราการรวมตัวกันใหม่ ในขณะที่เพศหญิงวิวัฒนาการเพื่อปราบปรามอัลลีลนั้น การรั่วไหลของไมโตคอนเดรียของบิดาสามารถพัฒนาเป็นกลไกทางเลือกในการปรับปรุงการเชื่อมโยงไมโตกับนิวเคลียร์ กรอบการสร้างแบบจำลองของเราให้คำอธิบายเชิงวิวัฒนาการสำหรับความขัดสนที่สังเกตได้ของยีนที่มีปฏิสัมพันธ์กับไมโตคอนเดรียบนโครโมโซมเพศของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและสำหรับการรั่วไหลของบิดาในโปรติสต์ พืช เชื้อรา และสัตว์บางชนิด
23.1D: วิวัฒนาการของไมโตคอนเดรีย - ชีววิทยา
Endosymbiosis: Lynn Margulis
การสังเคราะห์สมัยใหม่กำหนดว่าเมื่อเวลาผ่านไปการคัดเลือกโดยธรรมชาติที่กระทำต่อการกลายพันธุ์สามารถสร้างการดัดแปลงและสายพันธุ์ใหม่ได้ แต่นั่นหมายถึงการสืบเชื้อสายและการดัดแปลงใหม่หรือไม่ เท่านั้น เกิดจากการแตกแขนงออกจากคนเก่าและสืบเชื้อสายมาจากสายเลือดเก่า? นักวิจัยบางคนตอบว่าไม่ นักวิวัฒนาการ Lynn Margulis แสดงให้เห็นว่าเหตุการณ์สำคัญขององค์กรในประวัติศาสตร์ของชีวิตอาจเกี่ยวข้องกับการรวมเชื้อสายตั้งแต่สองสายขึ้นไปโดยอาศัยการพึ่งพาอาศัยกัน
ในช่วงปลายทศวรรษ 1960 Margulis (ซ้าย) ได้ศึกษาโครงสร้างของเซลล์ ตัวอย่างเช่น ไมโตคอนเดรียเป็นร่างกายที่บิดตัวไปมาซึ่งสร้างพลังงานที่จำเป็นสำหรับการเผาผลาญ สำหรับ Margulis พวกมันดูเหมือนแบคทีเรียอย่างน่าทึ่ง เธอรู้ว่านักวิทยาศาสตร์ได้รับผลกระทบจากความคล้ายคลึงกันนับตั้งแต่มีการค้นพบไมโตคอนเดรียเมื่อปลายศตวรรษที่ 1800 บางคนถึงกับแนะนำว่าไมโตคอนเดรียเริ่มต้นจากแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ร่วมกันอย่างถาวรภายในเซลล์ของสัตว์และพืช มีตัวอย่างคู่ขนานกันในเซลล์พืชทั้งหมด สาหร่ายและเซลล์พืชมีร่างกายชุดที่สองที่ใช้ในการสังเคราะห์แสง เรียกว่าคลอโรพลาสต์จับพลังงานแสงแดดที่เข้ามา พลังงานขับเคลื่อนปฏิกิริยาทางชีวเคมีรวมถึงน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์รวมกันเพื่อสร้างสารอินทรีย์ คลอโรพลาสต์ เช่น ไมโตคอนเดรีย มีความคล้ายคลึงกับแบคทีเรีย นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าคลอโรพลาสต์ (ด้านล่างขวา) เช่นไมโตคอนเดรีย วิวัฒนาการมาจากแบคทีเรียที่อาศัยทางชีวภาพ — โดยเฉพาะ พวกมันสืบเชื้อสายมาจากไซยาโนแบคทีเรีย (ด้านบนขวา) สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กที่จับแสงได้มากมายในมหาสมุทรและน้ำจืด
|
