Az eukarióták eredete

Az az elképzelés, hogy az eukarióták (ide tartoznak az állatok, növények, gombák és az ún. protisták, az állati egysejtűek) prokarióta sejtek (archaeák és eubaktériumok) egyesülésével jöttek létre, figyelmen kívül hagy több olyan, a sejtekben lejátszódó folyamatot is, amelyek napjainkban már jól ismertek.

Az eukarióta (valódi sejtmaggal és sejtszervecskékkel rendelkező) sejtek eredete a mai napig vita tárgyát képezi. Az endoszimbionta elmélet szerint egyes sejtszervecskék prokarióta szervezetek bekebelezésével jöttek létre: a mitokondrium, "a sejt erőműve" egy ún. proteobaktérium lehetett, a fotoszintézisért felelős kloroplasztisz (zöld színtest) pedig cianobaktérium. Ezt az elméletet számos dolog támasztja alá: mindkét sejtszervecskének saját genetikai állománya van, és genomjuk a prokariótákéhoz hasonlóan kör alakú (cirkuláris) kromoszómán található. A prokarióta gének egy része a sejtmagba került, egy része pedig - amire a bekebelezett baktériumnak már nem volt szüksége - egyszerűen elveszett, ezért ezek a bakteriális eredetű szervecskék már nem lennének képesek a sejten kívüli életre. A mitokondriumot és a plasztiszokat is kettő vagy több membrán határolja, közülük a legbelső a prokarióták sejtmembránjához hasonló szerkezettel rendelkezik, és fehérjeszintézist végző riboszómák mérete is prokarióta sajátságokat mutat.

A kloroplasztisz és a mitokondrium eredetével kapcsolatban tehát egyetértés van; a kérdés, ami megosztja a természettudósokat az, hogy a prokariótákat bekebelező sejt mi lehetett? Vajon egy másik baktérium, esetleg baktériumtársulás, vagy egy RNS-sejt először bekebelezte az archaeát, amelyből a sejtmag lett, és csak aztán a mitokondrium ősét, az eubaktériumot? Vagy talán a sejtmag egy vírussal fertőzött archaeában bukkant fel először, és ez a szervezet kebelezte be a mitokondrium ősét?

Közvetlen bizonyítékok hiányában a tudománynak gyakran óvatos találgatásokból kell kiindulnia, azonban ilyenkor is számításba kell venni a már ismert folyamatokat is. Az eukarióták keletkezésével foglalkozó jelenleg divatos, egymásnak ellentmondó teóriák ennek nem tesznek eleget - olvasható a Nature 2007. június 21-i számában.

Az eukarióták eredetével kapcsolatban az 1990-es évek közepén az "archezoa hipotézis" vált uralkodóvá, amely szerint a mitokondrium ősét egy sejtmag nélküli protoeukarióta, egy archezoa kebelezte be. Az archezoa csoportot Cavalier-Smith javasolta, és azokat az eukariótákat sorolták ide, amelyek még a mitokondrium megjelenése előtt szétváltak, és az eukarióta törzsfa legalsó ágait népesítik be. Az archezoa-hipotézis mellett szólt, hogy vannak mitokondrium nélküli, anaerob eukarióták is. A hipotézis két, egymástól független feltételezésen alapul: 1. a mitokondrium ősét a protoeukarióta gazdasejt kebelezte be (ez a protoeukarióta elmélet), 2. a ma élő, modern archezoák pedig egy külön evolúciós leágazást képeznek, vagyis soha nem rendelkeztek mitokondriummal. A második feltételezés nem állja meg a helyét, ugyanis minden megvizsgált archezoa tartalmaz csökevényes vagy egyszerűsödött mitokondriumokat, vagy mitokondriális eredetű géneket, tehát minden modern eukarióta egy mitokondriumot tartalmazó, közös őstől származik, és a mitokondrium redukálódása másodlagos folyamat. Vannak, akik az első hipotézissel is vitatkoznak, ugyanis az eukariótáknak és az archaeáknak számos közös génjük van, tehát a protoeukarióta gazdasejt behelyettesíthető egy archaeával. Ez a feltételezés elindította a spekulációk áradatát, és hatására számos új elmélet született - azonban egyiket sem támasztják alá megfigyelések.

Mivel a fagocitózis (melynek során egy sejt bekebelez egy másikat) teljesen ismeretlen a két prokarióta csoport, az archaeák és az eubaktériumok között, viszont széles körben elterjedt az eukariótáknál, nem valószínű, hogy a protoeukarióta gazdasejt egy archeával helyettesíthető lenne. Az eukarióták bekebelezik a baktériumokat, mint táplálékot, és ezek a baktériumok normális esetben a lizoszómába kerülnek (amely a sejt belsejében található, hólyagszeű képződmény, tele emésztőenzimekkel). Vannak azonban olyan baktériumok, amelyek képesek megakadályozni, hogy a fagoszóma, amelybe a fagocitózist követően kerültek, egyesüljön a lizoszómával, így a gazdasejt nem lesz képes megemészteni a baktériumot. Mivel az archaeák nem képesek más sejteket bekebelezni, a protoeukarióta elmélet alternatívái azt feltételezik, hogy a prokarióta ősök fejlesztették ki a fagocitózist, hogy aztán nyomtalanul elveszítsék - egy újabb állítás, amit nem lehet bizonyítani.

A korábbi feltételezésekkel ellentétben az eukarióták nem az archaeákból származnak, hanem testvércsoportot alkotnak velük, melynek tagjai egyetlen közös őstől származtak. Ez beleillik a protoeukarióta elméletbe - a mitokondriumot bekebelező gazdasejt a modern eukarióták közvetlen őse lehetett.

Sok a bizonytalanság az eukarióták eredetével kapcsolatban. Hogy alakult ki a fagocitózis és a sejtmag? Hogy jött létre a szimbiózis a gazda és a mitokondrium között? Ezeket a kérdéseket egyedül a protoeukarióta elmélettel lehet megválaszolni, ugyanis ez az egyetlen olyan teória, amely olyan gazdát feltételez, amely technikailag képes volt bekebelezni a mitokondrium ősét egy ismert folyamat, a fagocitózis segítségével.

Heéger Zsófia

* * *

Az élővilág három birodalma

Az élővilágot mai ismereteink szerint három nagy csoportra (birodalomra, doménre) oszthatjuk. Az eubaktériumok (vagy egyszerűen csak baktériumok) és az archaeák (ejtsd: arhéák) csoportjába tartozó élőlények valódi sejtmaggal nem rendelkeznek, tehát prokarióták, és nincsenek membránnal határolt sejtszervecskéik sem. A két csoport elnevezése onnan ered, hogy sokáig tartotta magát az a nézet, miszerint az eubaktériumok az archaeáktól ("ősbaktériumoktól") származnak, de ma már tudjuk, hogy az archaeák inkább a valódi sejtmaggal rendelkező harmadik doménhez, az eukariótákhoz állnak közelebb.

Az eubaktériumok egysejtű élőlények, sejtjeik változatos alakúak és mindössze néhány mikrométeresek. Vannak közöttük kórokozó fajok is, de legtöbbjük ártalmatlan: az anyagok körforgásában, különféle felépítő és lebontó folyamatokban vesznek részt.

Az archaeák néhány tulajdonsága az eubaktériumokéval közös (sejtfelépítés és anyagcsere), de genetikai anyaguk átírási módja inkább eukarióta sajátságokat mutat. Sejtmembránjuk és sejtfaluk felépítése viszont egyedülálló az élővilágban. Az archaeák megtalálhatók a legszélsőségesebb környezeti viszonyok között is: izolálták őket hőforrásokból, de nagyon hideg vagy nagyon sós környezetekből is (sok úgynevezett extremofil, azaz a szélsőséges környezeti viszonyokat kedvelő faj van közöttük).

A harmadik doménbe, az eukarióták közé a valódi sejtmaggal rendelkező egysejtű élőlények (algák, állati egysejtűek, mikroszkopikus gombák), illetve a többsejtűek (növények, állatok, gombák) tartoznak. Sejtjeik sejtmaghártyával, valamint membránnal határolt sejtszervecskékkel rendelkeznek.