Sciencemag.cz
Doporučujeme
Složité eukaryotické buňky vznikly nejspíš někdy před 2 miliardami let. O této události s oblibou píše Nick Lane, jehož několik knih vyšlo i v češtině. Podle Lanea a dalších vědců vznikla složitá buňka spolu s pohlcením mitochondrií prakticky v jediném kroku, jako celkem nepravděpodobná událost (hypoteticky: ke vzniku složitého života tedy vůbec dojít nemuselo; možná je ve vesmíru i celkem běžný život mikrobiální, ale už nic dalšího. Atp.). Paul Schavemaker a Sergio Muñoz-Gómez ve své nové práci ale celý scénář zpochybňují.
Nick Lane a Bill Martin přišli s dnes celkem přijímaným tvrzením, že velikost buněk je limitována jejich energetickými potřebami. Prokaryotické buňky se nad určitou velikost dostat nemohou, k tomu bylo potřeba pohltit mitochondrie, bez níž se složité buňky neobejdou. Šlo o událost, k níž nejspíš došlo jen jednou.
Nová studie naproti tomu ukazuje se, že buňky mohou narůst do značného objemu a získat alespoň některé vlastnosti komplexních buněk, přičemž zůstávají primárně prokaryotického charakteru a bez přítomnosti mitochondrií. Oba autoři nové studie dále zkoumali, jak se s růstem objemu buňky zvyšují její nároky na energii (jako počet molekul ATP syntázy, které jsou potřeba výrobu ATP na růst a údržbu). Z dalších studií jsou k dispozici i data o tom, jak se energetické nároky mění v závislosti na ploše povrchu buňky.
Srovnání toho všeho vede k závěru, že opravdu existuje určitý limit velikosti, kdy už ATP syntázy nedokážou dodávat dostatek ATP k udržení určité rychlosti dělení. Eukaryota tento limit překonávají tím, že si vytvářejí dodatečný povrch uvnitř buňky na vnitřních membránových strukturách. Jenže příslušný limit má podle nové studie hodnotu asi 103 mikrometrů krychlových, což zahrnuje i mnoho prokaryot. A ty se při tom bez mitochondrií obejdou.
Studie dále srovnává uspořádání genomu prokaryot a eukaryot. Eukaryota mají tu výhodu, že pro většinu genů uchovávají pouze dvě kopie v jádře (výjimkou jsou právě mitochondrie). Naproti tomu bakterie mívají v jedné buňce zpravidla více kopií svého genomu. Z tohoto důvodu nemůže genom být tak dlouhý, protože kopírování a údržba tolika kopií by už zase byla příliš náročnou. Jenže zase – podle nové studie existuje v tomto ohledu mezi prokaryoty a eukaryoty překryv, prokaryota mohou mít genomy dlouhé jako eukaryota s krátkými genomy. Takže zase, vznik eukaryot nemusel být nijak skokový.
Dřívější výzkum Lynche a Marinova citovaný v nové studii zastává poněkud radikálnější názor, že totiž mitochondrie poskytly raným eukaryotům jen málo výhod, pokud vůbec nějaké. Nová studie zaujímá umírněnější stanovisko a naznačuje, že za hranicí kritického objemu buňky by mitochondrie a možná i další prvky moderních eukaryotických buněk byly nezbytné k uspokojení energetických potřeb velkých buněk, ale řada menších protoeukaryot se mohla obejít i bez těchto inovací. Takže nemusí platit „mitochondria-first“, ale třeba nejprve vznikla protoeukaryota řadou postupných kroků a k endosymbióze došlo až dodatečně. Na počátku mohl být třeba vývoj eukaryotického cytoskeletu nebo jiné pokročilé struktury.
„Můžeme si představit řadu organismů, které nejprve začaly s vnitřními membránami a vnitřními vezikuly (váčky). Pak se z nich vyvinulo endoplazmatické retikulum, které provádí manipulaci s membránovými proteiny, a z toho vzniklo jádro,“ uvádí P. Schavemaker.
Paul E. Schavemaker et al, The role of mitochondrial energetics in the origin and diversification of eukaryotes, Nature Ecology & Evolution (2022). DOI: 10.1038/s41559-022-01833-9
Zdroj: Arizona State University / Phys.org událost
Poznámky PH:
Jako se poslední společný předek všeho dnešního života označuje LUCA, pak pro předka dnešních eukaryot se někdy užívá zkratka LECA (Last Eukaryotic Common Ancestor).
To, že všechna dnešní eukaryota mají mitochondrie (respektive jsou potomky těch, které je měly), je ale přece jen nápadné. Protoeukaryota, existovala-li v podobě popisované výše, neobstála.
také by se dalo uvažovat nad úspěšností mitochondrií, které, byť původně mohly být nebezpečným parazitem, umožnily všem organismům, které dokázaly infikovat, pomoci k budoucímu vývoj. Nakonec mohly existovat celé říše prokaryot, které zmizely ze světa jen proto, že se nedokázaly ubránit zcela nové infekci. Mitochondriím.