Nenavadna zgodba celice, iz katere smo vsi

Z rastlinami in živalmi si tudi ljudje in glive delimo skupnega davnega prednika. To je celica, ki je nastala zgolj enkrat v štirih milijardah let, odkar na našem planetu obstaja življenje.

Nick Lane, profesor evolucijske biokemije na Univerzitetnem kolidžu v Londonu, se v knjigi The Vital Question: Energy, Evolution, and the Origins of Complex Life sprašuje, zakaj se je tako pomembna revolucija v razvoju življenja, kot je nastanek kompleksnih življenjskih oblik, zgodila le enkrat v zgodovini planeta.


 

Na Zemlji dolgo kraljujejo preprosti enoceličarji

Življenje na Zemlji se je pojavilo razmeroma kmalu po njenem nastanku pred dobrimi štirimi milijardami let in pol. Prve oblike življenja, to so bile celice v velikosti nekaj tisočink milimetra, so se precej zgodaj razdelile v dve veliki skupini oziroma domeni živih bitij, ki jima pravimo bakterije in arheje.

V milijardah let obstoja so te preproste življenjske oblike razvile zelo zapletene biokemične procese, s pomočjo katerih so kolonizirale najrazličnejše ekološke niše na planetu in s katerimi jim je uspelo preživeti tudi obdobja, ko se je ves planet spremenil v veliko snežno kepo. Vendar so ob vsej biokemični pestrosti vseskozi ostale le preprosta enocelična bitja.



Na videz so si bakterije in arheje podobne, a v njihovi notranjosti se skrivajo bistvene razlike. Pripadniki teh dveh velikih skupin enoceličnih živih bitij se po delovanju med seboj kar močno razlikujejo, saj imajo različno gensko zasnovo in vsak svoje specifične fiziološke lastnosti. Tako za bakterije kot za arheje pa je značilno, da nimajo celičnega jedra in drugih celičnih struktur.
 

Nenadoma se pojavijo bolj zapletene oblike življenja

Prvi dve milijardi let po nastanku življenja na planetu se glede kompleksnosti zgradbe živih bitij ni zgodilo nič revolucionarnega. Obstajali so samo preprosti enoceličarji. Nato pa so se nenadoma pojavile tudi bistveno večje in bolj zapletene življenjske oblike. Da bi pojasnila evolucijsko uganko, sta Nick Lane in William Martin nadgradila hipotezo biologinje Lynn Margulis, ki je že leta 1967 postavila domnevo, da kompleksne oblike življenja niso nastale po običajni poti postopne naravne selekcije, ampak zaradi enkratnega nenavadnega dogodka. Po njeni hipotezi naj bi po naključju ena celica požrla drugo, nato pa naj bi jima skupno bivanje bolj ustrezalo kot samostojno življenje, zato sta vztrajali v tej kompleksnejši obliki.

Kompleksna živa bitja tvorijo poleg bakterij in arhej tretjo veliko domeno življenja na Zemlji, ki jo imenujemo evkarionti. Temeljna značilnost evkariontov je, da imajo celično jedro in organele oziroma posebne celične strukture, ki opravljajo različne pomembne funkcije v celici. Vsi evkarionti si delijo skupnega prednika. To je celica, ki je, kot vse kaže, nastala samo enkrat v štirih milijardah let, odkar na planetu obstaja življenje. Vsa morfološko kompleksnejša živa bitja, kot so rastline, živali, glive, amebe in kot smo ljudje, smo potomci te celice.

Kot v knjigi opisuje Nick Lane, so bile pred nastankom evkariontov celice ujete za nekakšno energijsko oviro. Tudi če bi poskusile zgraditi bolj zapletene večcelične oblike življenja, tega ne bi zmogle, saj niso imele na razpolago dovolj energije. Da so celice premagale to oviro, se je moralo zgoditi nekaj, do česar pride izjemno redko. Prav zato je bilo treba na dogodek tako dolgo čakati.
 

Rojstvo energijsko zmogljivejše celice

Nova kompleksna oblika celice je nastala po naključju, ko sta se arheja in bakterija srečali in se tako stisnili druga ob drugo, da sta se združili. Arheja je vase vsrkala bakterijo in ta je ostala v njej ujeta. Podobni dogodki, ko ena celica požre drugo, niso redkost, a tokrat je bilo nekaj bistveno drugače, saj sta celici ugotovili, da se medsebojno učinkovito dopolnjujeta. V preteklosti takšno sobivanje dveh celic navadno ni dolgo trajalo, tokrat pa se je izkazalo, da je bilo v večji celici dovolj hrane, da je manjša v njej lahko preživela in se začela razmnoževati.

Bakterijska celica, ki se je ujela v večjo celico, je bila prednik zelo pomembnega celičnega aparata oziroma organela, ki mu danes pravimo mitohondrij. Davni potomci tiste prve celice, ki se je ujela v večjo celico, so še danes aktivni tudi v naših, človeških celicah. Vsaka naša celica ima v povprečju približno tisoč mitohondrijev in kar petino naše biomase sestavljajo mitohondriji. Zanje je značilno, da se v njih skladišči in proizvaja energija, ki jo celice potrebujejo za svoje delovanje.
Kot ugotavlja Nick Lane, imajo evkariontske celice zaradi mitohondrijev kar 200.000-krat več razpoložljive energije na gen kot celice, ki teh organelov nimajo. Z učinkovito združitvijo arheje in bakterije je tako nastala kompleksna celica, ki je bila energijsko bistveno zmogljivejša, kar je sčasoma omogočilo tudi nastanek večceličnih organizmov, ki pred tem z energijskega vidika niso bili mogoči.