Uväznená mitochondria a zrod komplexného života

Autor: Tomáš Paulech | 13.3.2014 o 18:42 | (upravené 15.3.2014 o 12:05) Karma článku: 14,15 | Prečítané:  6765x

Prvé tri miliardy rokov vládli biosfére Zeme jednobunkové baktérie. Nesmierny, nepredstaviteľný čas. Bolo by to tak asi dodnes, keby mitochondrie neobetovali svoju slobodu a nepomohli vytvoriť nový typ buniek - základ mnohobunkového života. Dodnes stovky mitochondrií, kedysi nezávislých organizmov, nosíme v každej jednej bunke tela.

Mitochondria - dnes bunková organela eukaryotickej bunky, kedysi samostatný organizmus.Mitochondria - dnes bunková organela eukaryotickej bunky, kedysi samostatný organizmus.umelecké znázornenie,aquanew.com

Zo školy si asi pamätáme iba tú štandardnú formulku: „Mitochondrie sú energetické orgány bunky“. Načo by sme sa vôbec niečím takým mali hlbšie zaoberať? Ja na to vidím hneď niekoľko vážnych dôvodov:

1) Bez sebaobetovania mitochondrií by pravdepodobne neexistoval žiadny mnohobunkový život na tejto planéte.

2) Mitochondrie vykonávajú skutočné „dýchanie“ kyslíka u ľudí aj ostatných živočíchov a rastlín.

3) Spôsob, akým dýchajú, teda vyrábajú z organických látok a kyslíka všetkým organizmom známu  bunkovú energetickú menu ATP, je obdivuhodný a priamo sa týka fyziky elementárnych častíc (presnejšie protónov).

4) Ak mitochondrie nefungujú správne, máva to zásadný dopad na celý organizmus. Kondícia mitochondrií ovplyvňuje množstvo závažných chorôb. Okrem iných sú to Parkinsonova a Alzheimerova choroba, diabetes mellitus, kardiovaskulárne problémy, epilepsia, demencia a mnohé iné. Liečenie dedičných ochorení mitochondrií je dnes už technicky možné, vyvoláva však etické otázky.

5) Mitochondrie majú vlastnú DNA, a práve ona umožňuje sledovanie dedičnej línie z matky na dcéru do hlbín rodiny, histórie a ľudstva. Pomocou tejto DNA dokážeme dokonca zostaviť strom života všetkých mnohobunkových organizmov na Zemi.

Mitochondrie teda skrývajú odpovede na zásadné otázky, týkajúce sa nielen zdravia či všeobecne ľudstva, ale prakticky všetkého života na Zemi. Poďme si teda o nich čosi povedať.

Prvotný život vznikol na Zemi asi pred 3,8 miliardami rokov. Nech to prebehlo akokoľvek, 3 tisíc miliónov rokov, teda 3/4 tohto času, tvorili biosféru výlučne prokaryotické jednobunkové baktérie1. To prokaryotické znamená, že ich DNA nie je v bunke oddelená od zvyšku cytoplazmy a voľne si v nej pláva. Žijú dodnes, a to v nepredstaviteľných množstvách. Keby sme na jednu stranu váh dali všetku biomasu, ktorú z bežnej skúsenosti poznáme (všetky rastliny, živočíchy, huby na svete), bakteriálna biomasa by vážila 10x toľko. Baktérie sú schopné deliť sa exponenciálnym tempom (niektoré aj každých 20 minút), takže keby mali neobmedzený zdroj potravy, jediná baktéria vytvorí biomasu s hmotnosťou celej planéty Zem za necelé dva dni.

To poukazuje na fakt, že hoci tieto jednobunkovce priamo nevidíme, neznamená to, že tu nie sú. Práve naopak, sú doslova všade okolo nás, na nás, aj priamo v nás a sú schopné urobiť veľké veci v planetárnom meradle.

mit_bacteria_mycoplasma.jpg

Realistická kresba zloženia baktérie Mycoplasma mycoides, D.S. Goodsell, 2011

 

Baktérie sa evolučne vyvíjajú, a tak sa stalo, že niektoré z nich získali schopnosť fotosyntézy2.  Pomocou fotosyntézy dokázali prastaré cyanobaktérie spôsobiť nárast obsahu kyslíka v atmosfére zo zanedbateľných hodnôt až na dnešných 21%. Náhle prudké zvyšovanie obsahu kyslíka v atmosfére asi pred 2,5 miliardami rokov sa volá Great oxidation event.

Kyslík je odpadovou látkou fotosyntézy, ktorou si niektoré baktérie vytvárali organické živiny. Mitochondrie sú živé tvory, ktoré sú schopné premeniť energiu potravy a kyslíka na univerzálnu molekulu bunkovej energie - ATP a oxid uhličitý. Tomu hovoríme dýchanie. To čo vykonávame pľúcami je len transport kyslíka do krvi, následne do buniek a tam priamo k mitochondriám, ktoré skutočne dýchajú za nás. Bez nich by sme nedokázali žiť.

Bežná bunka tela rastliny, živočícha alebo huby obsahuje stovky pracovitých mitochondrií (niektoré aj 100.000). Ako sa nám, do kelu, dostali do buniek???

Táto otázka sa netýka len človeka. Je to otázka o vzniku mnohobunkového života na Zemi.

Asi pred 2 miliardami rokov sa totiž stala epochálna udalosť, možno jedinečná v celej Galaxii. Jeden druh baktérie (Mitochondria) bol pohltený iným druhom (Archea). Namiesto toho, aby sa mitochondria rozložila, ako sa patrí, zostala v hostiteľovi žiť ďalej3. Z vďaky zato, že nebola rozložená na aminokyseliny, poskytovala svojmu hostiteľovi energiu v podobe ATP, čo mu umožnilo narásť ďaleko nad rámec dovtedajších baktérií. Pohltenie mitochondrie teda stálo na začiatku vzniku celkom nového druhu– eukaryotických buniek. Z nich sa skladajú všetky nám bežne známe tvory a my pochopiteľne tiež. Eukaryotická bunka je neporovnateľne väčšia a komplikovanejšia ako jej prokaryotický predchodca. Obsahuje mnoho funkčných podjednotiek – organel, ako napríklad jadro, retikulum, spomínané mitochondrie, rastliny aj chloroplasty a vakuolu atď.

Moderná eukaryotická bunka je 10.000 až 100.000 násobne väčšia ako prokaryotické bunky. Ak si to chceme predstaviť, je možné prirovnať prokaryotickú bunku napríklad k domu, pričom eukaryotická bunka bude mať vtedy rozmery veľkomesta! Obe sú teda bunky, ale rozdiel medzi nimi je rozmerovo aj funkčne priepastný.4

Vznik eukaryotickej bunky po pohltení mitochondrie položil základ existencie mnohobunkového života. Táto udalosť sa stala evolučne iba jeden jediný raz. Mnohobunkový život, ktorý je výlučne z eukaryotických buniek, zaznamenal v nasledujúcich stovkách miliónov rokov prevratný úspech a vzostup.  Pestrosť jeho druhov, tvarov a funkcií nepozná hraníc. Komplexnosť mnohobunkovcov je dnes nesmierna a dospela až do fázy zrodu inteligencie u jednej z najnovších vetiev stromu života.

Na záver filozofické okienko. Dnes teda vidíme, že bez náhodnej udalosti, akou bolo pohltenie mitochondrie inou baktériou (presnejšie Archeou) v hlbinách času, by pravdepodobne vôbec nevznikol mnohobunkový, a tým ani inteligentný život. Ako to mení náš pohľad na možnosť existencie mimozemského života?

Podľa mňa je pravdepodobné, že aj inde vo vesmíre, snáď v našej Galaxii a možno aj priamo tu, v Slnečnej sústave, mikrobiálny život existuje. Pravdepodobnosť, že existuje mnohobunkový život je však drasticky menšia, práve vzhľadom na okolnosti popísané v tomto článku. Neznamená to, že inde sa nemohlo stať čosi podobné, ale fakt, že vnik mnohobunkovcov podmienila takáto stochastická, náhodná udalosť a nie postupný evolučný proces, je kľúčový. No a stretnutie s inteligentnými formami života inde v dohľadnom vesmíre, a navyše v rovnakom čase, je prakticky vylúčené.


Ako zákusok za týmto článkom doporučujem nasledujúce dva chody:

1. TED talk Bonnie Bassler, ktorá vás presvedčí, že ste človekom tak max. na 10% a ešte predvedie, že aj baktérie vedia doslova komunikovať.

2. Lampa na RTVS a v nej skvelý Ľubo Tomaška na tému „Ako to funguje v bunke“.



Poznámky:

1- Taxonómia mikroorganizmov nie je celkom stála. Dnes vieme, že všetky organizmy delíme na 3 impériá: Baktérie, Eukaryoty a Archea. Archea sa od baktérií významne líšia biochemickými pochodmi. Archea sú ale môžným pôvodcom eukaryotických buniek (aj nás), a tak sa strom života možno bude zasa strihať do iného tvaru. Ja si dovolím v tomto článku také zjednodušenie, že budem všetky Prokaryoty aj Archea volať baktérie. Znalý čitateľ mi to snáď prepáči. Späť do článku...

2- Fotosyntéza je kúzelná reakcia, kedy sa z neživého vytvára organické. Konkrétne z CO2 a vody za prítomnosti svetla (foto-) sa udeje syntéza na cukor (potrava) a ako vedľajší produkt sa uvoľní kyslík. Baktérie schopné tejto reakcie sú autotrofné, to znamená, že sú schopné vytvoriť si potravu priamo z neživých látok, na rozdiel od nás, heterotrofných, ktorí musíme pojedať iné rastliny či živočíchy.
Baktérie schopné fotosyntézy sa, podobne ako mitochondrie, stali súčasťou nového druhu – eukaryotických buniek a následne založili obrovské ríše života – všetky rastliny a riasy. Tie majú v bunkách zelené chloroplasty – kedysi tiež samostatne žijúce cyanobaktérie. Späť do článku...

3- Detaily procesu vzájomného pohltenia prokaryot sú stále námetom debát vedcov. Ide o to, že proces fagocytózy (teda obkľúčenia jednej bunky inou a jej pohltenie) je známy, ale nie z ríše prokaryotických tvorov. Na druhej strane aj dnes sú známe baktérie, v ktorých žijú iné baktérie, takže nejako sa to určite stať mohlo, len proces zatiaľ presne nepoznáme.Späť do článku...

4- Spôsob, akým sa dnes vyučuje na školách nepraje tomu, aby sme si v niektorých prírodných javoch urobili jasnú mierku. Zoberme si taký atóm. Musí sa celý pekný farebný a zreteľný zmestiť do učebnice, aj keď predstava, že atómové jadro je nejaká guľôčka, okolo ktorej pomerne neďaleko obiehajú iné guľôčky – elektróny,je dosť ďaleko od reality. Realistický obrázok by ukazoval jadro veľkosti grepu a elektróny by obiehali kilometer od neho. Presnejšie by boli ale „oblaky“ elektrónov. Uznávam, musela by to byť veľká knižka, ale dalo by sa na ňu aspoň spreneveriť obrovský balík z rozpočtu.

Podobne máme tendenciu hádzať všetky jednobunkovce do jednej škatule s nálepkou – také malé hnusné tvory, čo nám robia zle. Aj tu, podobne ako pri atóme, je realita úplne iná a dávať prokaryoty s eukaryotmi dokopy je veľká chyba, čo by nám mali vtĺkať do hlavy už na ZŠ. Celkom kdesi bokom stoja ešte menšie vírusy, u ktorých ani nevieme, či ich vôbec nazývať živými organizmami (skôr nie). Späť do článku...


Páčil sa Vám tento článok? Pridajte si blogera medzi obľúbených a my Vám pošleme email keď napíše ďalší článok
Pridaj k obľúbeným

Hlavné správy

DOMOV

Rezník z TASR by bol v RTVS pre poslancov schodnejší než Mika

Bývalá šéfka Markízy Zuzana Ťapáková sa po kauze Evka ako kandidátka na riaditeľku RTVS už nespomína.

KULTÚRA

Tajná služba si objednala vraždu. Na film Únos bolo treba odvahu

Politické trilery u nás nevznikajú.

ŠPORT

Spieva si Marleyho, dá si pivo. Ako Sagan trénoval v horách

Sagan sa pripravoval inak ako súperi.


Už ste čítali?