לדלג לתוכן

אבולוציה של תאים

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
סכמה של העץ הפילוגנטי של שש ממלכות עולם הטבע
ציר הזמן של היווצרות החיים
סכמה של שלבי אבולוציית החיים על פני כדור הארץ, מן השלב הפרביוטי לשלב הביוטי
סכמה של תא פרוקריוטי טיפוסי

אבולוציה של תאים על פני כדור הארץ החלה לפני 3.8 מיליארד שנים, כ-750 מיליון שנים לאחר היווצרות הפלנטה.[1] השאלה המרכזית המאפיינת את התחום עוסקת בהבנת המעבר ממצב של חומרים כימיים פשוטים למצב של מבנים כימיים מורכבים, מופרדים מהסביבה החיצונית, מתפקדים באופן עצמאי, בעלי יכולת לקיים תהליכים של אנאבוליזם וקטבוליזם, ויכולת להתרבות על ידי חלוקה. התאים הפרוקריוטים - שהם צורות החיים העצמאיים הראשוניים ביותר, התפצלו לשתי על-ממלכות: על-ממלכת הארכאה ועל-ממלכת החיידקים. אלו הם חד-תאיים שהחומר הגנטי שלהם בנוי מחומצות הגרעין RNA הקרוי נוקלאוטיד.[2] תהליכי האבולוציה של בקטריה וארכאה נמשכו 1-1.5 מיליארד שנים,ולאחר מכן החל תהליך האבולוציה של העל-ממלכה איוקריוטה - בעלי חומר גנטי הקרוי DNA מאורגן בגרעין התא. האיוקריוטה מתחלקת לארבע ממלכות: הפרוטיסטה הכוללת בעיקר יצורים חד-תאיים, כגון, אנטאמבה היסטוליטיקה ושלוש ממלכות של יצורים רב-תאיים, שהם עובשים (Fusarium sp), צמחים ובעלי החיים.

האטמוספירה של כדור הארץ הצעיר הייתה מורכבת מפחמן דו-חמצני, חנקן ושאריות של מימן, אדי מים, מימן גופריתי, אמוניה, מתאן, ופחמן חד-חמצני.[3] הסביבה חסרת החמצן על פני כדור הארץ הצעיר אפשרה היווצרות של חומרים אורגניים פשוטים (חומצות אמינו), על ידי אינטראקציות כימיות ספונטניות תוך כדי ניצול אנרגיית השמש ואנרגיות חשמליות (ברקים). החומרים האורגניים הפשוטים עברו פולימריזציה לחומרים מורכבים-המקרומולקולות, דוגמת החלבונים, הפחמימות וחומצות הגרעין. יכולת השכפול של חומצות גרעין הובילה את היקום מן ה"דומם" (prebiotic earth) אל ה"חי" (biotic earth).[4]

האבולוציה של המטבוליזם

[עריכת קוד מקור | עריכה]

היכולות המטבוליות של תאים התפתחו במסלולים רבים. המטבוליזם הראשוני של התאים אפשר הפקה של אנרגיה וסינתזה של אבני בניין ראשוניים (Primary metabolite) למטרות גדילה ולחלוקה של התאים. התפתחות מסלולים מטבוליים נוספים אפשרו התפתחות אמצעי הגנה כנגד הסביבה החיצונית, כגון רעלנים (Toxins). תהליכים אלה קרויים תהליכים מטבוליים משניים(Secondary metabolite) .[5][6] האבולוציה של המטבוליזם התוך-תאי היא תוצאה של התפתחות האברונים השונים בפרוקריוטה ובאיוקריוטה.

התא הפרוקריוטי הוא תא פשוט יחסית הבנוי מציטופסלזמה בה נמצא נוקלאואיד האחראי על ייצור חלבוני התא. התא הפרוקריוטי עטוף בממברנה בררנית המווסתת את תהליכי העברת חומרים אל התא ומתוכו.[2] התא הפרוקריוטי מצויד בדופן תא סביב הממברנה, אשר מקנה יציבות ועמידה בפני שינויי לחצים אוסמוטיים. לעיתים, סביב דופן התא מצויה קפסולה רירית פוליסכרידית, המקנה לתא הגנה בפני חומרים זרים ואמצעי אחיזה טובה למשטחים. לחלק מהתאים הפרוקריוטיים יש שוטון אחד או יותר במקנה לתא את היכולת לנוע לכיוון מקורות מזון ולהתרחק מחומרים טוקסיים' תהליך הקרוי כמוטקסיס. על פני התא הפרוקריוטי יש גם שלוחות דקיקות הקרויות פילי (Pilus) המקנות לו כושר אחיזה על משטחים ומאפשרות לו ליצור ביופילמים. הביופילמים מהווים מערכת אקולוגית עצמאית המאפשרת קיום אוכלוסיות מעורבות של חד-תאיים בתנאי קיצון.

בתא האיוקריוטי ישנם אברונים רבים נוספים, בעלי תפקידים מגוונים, המאפשרים מטבוליזם יעיל. התמיינות של התאים העובריים הראשוניים והפיכתם לרקמות מתרחשת הודות ליכולת הביטוי הגנטי הטמון בגנים.[7] בתהליך ההתמיינות התאית חלים שינויים משמעותיים בגודל ובמבנה של התאים, בפעילות המטבולית שלהם, בתגובתם לאיתותים חיצוניים ובתפקודי קרום התא.[8]

bacterial-multicellularity

בממלכת הפרוטיסטה, השייכת לעל-ממלכת האיוקריוטיים, רוב היצורים הם חד-תאיים ומיעוטם רב-תאיים חסרי יכולת להתארגן ברקמות. בשלוש הממלכות האחרות - פטריות, צמחים ובעלי-חיים מצויים יצורים רב-תאיים בעלי יכולת לבנות רקמות.[9][10] ארגון רב-תאי של יצורים חד-תאיים התרחש כנראה לפני 3-3.5 מיליארד שנים, על ידי הכחוליות - הציאנובקטריה . ההשערה המדעית היא כי הארגון הרב-תאי של תאים בעלי מבנה דומה הקרוי clonal multicellularity[11], התרחש עקב כוחות אדהזיה בין תאים דומים. כך נוצרו צבירי תאים בעלי תכונות דומות שהקנו להם יכולת איסוף מידע מן הסביבה בצורה טובה יותר מתא בודד, למשל, על ידי פיתוח כימוטקסיס למקורות אנרגיה, המאפשר ניצול מקורות מזון יעיל יותר. הצבר הרב-תאי מקנה הגנה טובה יותר לחלק מתאי הצבר, לעומת התא הבודד החשוף לתנאים חיצוניים. כיום, ניתן לראות כי בבעלי חיים התפתחו סוגי תאים רבה יותר בהשוואה לצמחים. אפשרות נוספת היא יצירת צבר רב-תאי אשר מורכב מתאים ממקורות שונים, אשר מקנים לו תכונות מגוונות. בעוד שבצמחים ידועים כ־10-20 סוגי תאים, הרי שבבעלי-חיים התפתחו כ-100–150 סוגים של תאים.[10]

האבולוציה של המטבוליזם התוך-תאי היא פרי ההסתגלות לסביבה החיצונית על ידי צברי תאים. על פי ההשערה, התאים הראשונים שהתפתחו על פני כדור הארץ היו תאים אוטוטרופיים המסוגלים ליצור מולקולות אורגניות מגז דו-תחמוצת הפחמן ששימש כמקור לפחמן ומים, בתהליכי פוטוסינתזה או בראקציות כימיות של מולקולות אי-אורגניות.[12] בהמשך האבולוציה, התפתחו התאים ההטרוטרופיים, אשר מסוגלים להשתמש בחומרים אורגניים המיוצרים על ידי מיקרואורגניזמים אחרים, אך אינם מסוגלים ליצור חומרים אורגניים מחומרים אי-אורגניים. מקור האנרגיה של תאים הטרוטרופיים הוא מאורגניזמים הטרוטרופיים אחרים או מאורגניזמים אוטוטרופיים.[13] כך התפתחו התאים הספרופיטיים, שמסוגלים להתקיים על חומרים אורגניים שהשתחררו מאורגניזמים אחרים והתפרקו למולקולות הניתנות לספיגה. כך התפתחו גם התאים הפגוטרופיים[14] שמסוגלים לבלוע חלקיקים ולפרק אותם, ולבלוע חלקיקים בתהליך של פגוציטוזה. על פי תאוריה אחרת, התאים הראשונים היו התאים הטרוטרופים שהתפתחו באוקיינוסים הקדומים, שהיו עשירים בחומרים אורגניים שנהנו מריבוי של ראקציות כימיות בטמפרטורות גבוהות.[15]

האבולוציה של אברוני התא

[עריכת קוד מקור | עריכה]
סכמה של התמיינות של תאי רקמה מתא גזע

האברונים המצויים בתא הם מבנים בעלי תפקידים מגוונים המתוחמים על ידי קרומים בררניים. בתאים הפרוקריוטים מצויים מספר מצומצם של אברונים ואילו בתאים האיוקריוטיים מצוי מגוון רחב של אברונים.

בתאים האיקריוטים התפתחו מספר אברונים: גרעין התא, הרשתית התוך-פלזמתית, מערכת גולג'י, הפראוקסיזומים, והמיטוכונדריה.

האברונים מצויים בציטוזול של התא המהווה כ־30% מנפחו. הציטוזול הוא תמיסה קולואידית מימית המשמשת להעברת חומרים אל האברונים והפוך[16] השומר על מאזן pH אופטימלי תוך-תאי (אנ') בין 7.0-7.4, פרט לתאים מיוחדים, כגון תאי השריר שבהם ה-pH נע בין 6.8-7.1.[17]

הציטוזול שומר על פוטנציאל (אנ') חיזור-חימצון red-ox מאוזן המאפשר תהליכים ביוכימיים רציפים.[18] היכולת לשמר תנאים תוך תאיים יציבים מתאפשרת הודות לתהליכי הומאוסטזיס שמטרתו ויסות תהליכים ביוכימיים בתאים השונים, תוך ניצול היכולת להעביר אותות מתא לתא אמצעות קולטנים מעבירי מידע לגרעין התא. ביכולתו של הגרעין לקלוט, להעריך ולאותת באותות ספציפיים לתאים, לרקמות ולאברים אחרים. התהליכים ההומאוסטטיים גורמים לאורגניזם לתקן את הסטייה מן הערכים הנורמליים.[19] על ידי כך מובטחים תנאים תוך-תאיים אופטימליים למימוש תפקוד תוך תאי תקין, חרף התנאים החוץ-תאיים.

אנדוסימביוזה ואברוני התא

[עריכת קוד מקור | עריכה]
מיקרוגראף של גרעין התא
מיקרוגראף מיקרוסקופ אור של פרוקסיזומים בתא של .H polymorpha

אנדוסימביוזה מוגדרת כתהליך של התפתחות מספר אברונים תוך-תאיים, כגון המיטוכונדריה והכלורופלסטים בתאים איוקריוטיים.[20] החוקרת לין מרגוליס ייסדה את תאוריית האנדוסימביוזה, שלפיה בתחילת האבולוציה של עולם החי, תאים פרוקריוטיים גדולים בלעו תאים פרוקריוטיים קטנים יותר שהכילו מיטוכונדריה או כלורופלסטים קדמוניים. על פי תאוריה זו, חיידקים אווירניים בלעו חיידקים קדומים נושאי כלורופלסטים או שבלעו חיידקים קדומים שנשאו מיטוכונדריה. מאחר שהחיידקים הגדולים לא הצליחו לעכל את החיידקים הקטנים, אלה המשיכו להתקיים ביחסים של סימביוזה הדדית והפכו במשך הזמן לחלק אינטגרלי של התא האיוקריוטי הבולע. לפי התאוריה החדשה יחסית של החוקר האמריקאי דויד באום, התא האיוקריוטי נוצר לא על ידי אנדוסימביוזה אלא באמצעות יצירת שלוחות תאיות של תאים קדומים גדולים, עטיפת מספר תאים קטנים יותר פרוטומיטוכונדריאליים, ויצירת מערכת קרומים המקשרת בין המיטוכונדריה לבין גרעין התא.[21]

הקרומים התוך-תאיים

[עריכת קוד מקור | עריכה]

התפתחות הקרומים התוך-תאיים העוטפים את אברוני התא היא תהליך של חדירת קרום התא - outside inside mechanism. הקרומים הם בעלי חדירות בררנית ומבנה דו-שכבתי פוספוליפידים החוצץ בין הסביבה החיצונית לפנימית ושומר על המבנה הפנימי של התא.[22]

התפתחות האברונים התוך-תאיים

[עריכת קוד מקור | עריכה]
צילום תאי זרע אדם, בעלי שוטון אחד בשיטת False color.
צילום מיקרוסקופי של הציטוסקלטון בצביעה פלואורסצנטית

האברונים שהתפתחו בתאים הפרוקריוטים מצויים כיום הן בתאים הפרוקריוטיים והן באיוקריוטים, ונמנים עליהם הריבוזומים, שלד התא (ציטוסקלטון), הליזוזומים, הכלורופלסטים, המיטוכונדריה והשוטונים. ההשערה הרווחת היא כי הריבוזומים הראשונים נוצרו לפני 3 מיליארד שנים.[23]

השלד הציטופסמתי הוא מבנה רשתי הקרוי cytomotive filaments. זהו מבנה תלת-חלבוני, המצוי בתאים פרוקריוטיים כגון חיידקים וגם בתאים האיקריוטים.[24][25] תפקידו לייצב את המבנה המרחבי של התא ואת מיקום האברונים בחללו. הוא מעניק לתאים הבודדים את יכולת התנועתיות במרחב ומאפשר חלוקה תקינה והתמיינות תאים.[26]

הליזוזום הוא אברון בעל פונקציות קטבוליות רב-גוניות, הפועל להגנה על תאים. תוכנו חומצי (4.5-pH) והוא מכיל אנזימים קטאבוליים-חומציים שנועדו לפרוק חומרי פסולת על ידי הידרוליזה אנזימטית חומצית. לליזוזומים תפקיד הגנתי אנטימיקרוביאלי (אנ'), על ידי הליזוזים הממיס את דופן התא של חיידקים. מבחינה אבולוציונית, משערים שהליזוזומים נוצרו בתאים האיוקריוטיים ממבנה גולג'י[27] והם מקנים לתאים את היכולת לפרק ביעילות חומרי פסולת ומונעים הצטברות של חומרים רעילים ברקמות הגוף (מערכת העצבים וכליות). מוטציות הגורמות לשינויים בגנים האחראים לפרוק חומרי פסולת על ידי האנזימים הליזוזומליים, גורמות להצטברות חומרי פסולת ברקמות שונות (סינדרום בשם מחלת אגירה ליזוזומלית).[28]

פגוציטים המצויים בבעלי חיים חסרי-חוליות ובעלי-חוליות הם תאים הבולעים חיידקים ומפרקים אותם על ידי המסת הדפנות.[29][30] בתהליך הבליעה, הגופים הזרים מוחדרים לחלוליות התא ומתמזגים עם הליזוזומים שבתא. שחרור האנזימים הקטליטיים אל תוך החלוליות מאפשר את קטילת החיידקים. בתאים פרוקריוטיים החלוליות משמשות כמקום לאגירת חומרים בעלי מולקולות גדולות[31] הנבלעים על ידי התא בתהליך הפגוציטוזה.

התפתחות אברונים בתאים איוקריוטיים

[עריכת קוד מקור | עריכה]
סכמה של תא איקריוטי טיפוסי.

אברוני חלוקה ומטבוליזם

[עריכת קוד מקור | עריכה]
סכמה המתארת את מוצא המיטוכונדריה והכלורופלסטים לפי תאוריית האנדוסימביוזה
צילום מיקרוסקופי של בועית תא (צבוע בצבע צהוב, מוקפת בממברנה בצבע כחול) וגרעין תא (צבוע בצבע כחול), מוקף בקרום צבוע אדום, בתא של צמח האלוורה
סכמה של Endoplasmic reticulum

החומר הגנטי בתא האיוקריוטי מצוי בגרעין התא, והוא עטוף בקרום דו-שכבתי.[32] גרעין התא אחראי על חלוקת התא - מיטוזה. אל הגרעין מחובר אברון הקרוי הרשתית התוך-פלזמית (endoplasmic reticulum) שבנוי מרשת סבוכה של קרומים, צינוריות ובועיות זעירות ומתחבר גם אל קרום התא. הרשתית התוך-פלזמית ממלאה תפקידים מטבוליים מורכבים: ביוסינתזה- Biosynthesis של חלבונים וקיפולם, ביוסינתזה של פוספוליפידים וסטרואידים ומטבוליזם של פחמימות ואגירת סידן. הרשת בעלת יכולת לביצוע שינויים דינאמיים רבים. לבנוסף לשני אברונים אלה, מצוי אברון שלישי בשם מבנה גולג'י שתפקידו העברת חלבונים ושומנים מן התא לסביבה החיצונית. הימצאותם של הרטיקולום האנדופלסמטי ומבנה גולג'י בכל ארבע ממלכות האיוקריוטה מעידה על התפתחותם בשלבים הראשונים של על-הממלכה זו.[33][34][35]

צילום של ליזוזומים
מיקרוקגראף של ליזוזומים בתא עצב

משערים שהמיטוכונדריה והכלורופלסטים המצויים בתאים האיוקריוטיים, מוצאם מתהליך אנדוסימביוזה, בו תא פרוקריוטי גדול בלע תאים פרוקריוטים קטנים ממנו וכך נוצרו התאים האיוקריוטים. ההנחה הרווחת היא שזהו תהליך של בליעת החיידק הקדום - Rhodospirillum rubrum[36] [37], חיידק ספירלי, גרם שלילי, פוטוטרופי, שאינו משתמש בחמצן (anoxygenic) השייך לקבוצת ה-(Alphaproteobacteria), על ידי חיידק גדול יותר השייך לקבוצת הארכאה.[38]

קיימת סבירות גבוהה שגם הכלורופסטים נוצרו כתוצאה מתהליך של אנדוסיביוזה. מקורם מחיידקים קדומים מממלכת העל-בקטריה שבלעו חיידקי ציאנובקטריה, נושאי כלורופלסטים[39] המבצעים את תהליך ההטמעה, הודות להתפתחות הגן Ycf54 v האחראי ליצירת הכלורופיל.[40]

השערה זו מתבססת על העובדה שהריבוזומים בחלל התא של יצורים איוקריוטיים הם מסוג 80S, בעוד שהריבוזומים המצויים בכלורופלסטים ובמיטוכונדריה הם מן הדגם הפרוקריוטי של 70S. עובדה זו מחזקת את ההשערה שאברונים אלו מקורם מחיידקים קדמונים (על פי תאוריית האנדוסימביוזה) אשר חברו לתא האאוקריוטי והפכו לחלק ממנו. תפקידה של המיטוכונדריה הוא הפקת אנרגיה בתהליך של נשימה תאית. תפקיד הכלורופלסטים הוא לבנות חומרים אורגניים מחומרים אי-אורגניים על ידי הכלורופיל המצוי בתוכם, תוך ניצול הפוטונים של השמש. תהליך זה קרוי פוטוסינתזה. שני האברונים הללו אחראים על תהליכים שבהם נוצרים רדיקלים חופשיים.[41] רדיקלים חופשיים ידועים כקרצינוגנים, ולכן כמענה להיווצרות רדיקלים חופשיים ועל מנת להתגונן בפניהם, המיטוכונדריה והכלורופלסים פיתחו יכולות לסינתזה של המלטונין שהוא בעל היכולת לנטרל רדיקלים חופשיים.[42]

אברוני הגנה

[עריכת קוד מקור | עריכה]

הפראוקסיזומים הם אברונים בעלי תפקידים ייחודיים ברקמות של בעלי חיים שונים, מעורבים הן בתהליכי גליקוליזה ובסינתזה של ליפידים והן בפרוק רדיקלים של חימצון, המסוכנים לבריאות.[43] תאי הכבד, אחראים על פירוק מטבוליטים טוקסיים, עשירים בפראוקסיזומים. מוצאם המשוער הוא תהליך אנדוביוזה או תהליך הקרוי outside-inside process.[44]

אברוני תנועה

[עריכת קוד מקור | עריכה]

השוטון הוא אברון חיצוני המורכב מחלבונים בעלי יכולת תנועתיות. האבולוציה של שוטונים החלה בממלכת ארכיאה (החיידקים הקדמונים) ובעל-ממלכה בקטריה השייכים לפרוקריוטים ועד לאיקריוטים.[45] שוטונים מצויים גם בעל-ממלכה פרוטיסטה השייכים לאיקריוטה וכן בתאים של צמחים ובעלי חיים, כגון תאי רבייה זכריים המאפשרים לתאים תנועתיות לצורך חדירה אל תא הרבייה הנקבי. קיים הבדל מהותי במבנה השוטון הפרוקריוטי לעומת זה האיקריוטי,[46] כאשר במקרה הראשון, בסיס השוטון מצוי מחוץ לקרום התא ואילו במקרה השני בסיס השוטון קשור לגופים בסיסיים הקשורים לממברנה של התא. השוטון הפרוקריוטי בעל תנועה סלילונית, מונע על ידי "מנוע" בבסיס השוטון, ואילו השוטון האיקריוטי בעל תנועותיות פיתולית של הצלפה קדימה אחורה. השוני המהותי במבנה ובתפקוד של השוטונים מעיד על דרכי אבולוציה שונות.

האבולוציה של העברת הקוד הגנטי

[עריכת קוד מקור | עריכה]
צילום מיקרוסקופי של אנטאמבה היסטוליטיקה Entamoeba histolytica

"השערת עולם ה-RNA" גורסת כי בשלבים הראשונים של אבולוציית התאים התהליכים המשמעותיים של העברת הקוד הגנטי ותהליכי קטליזה שונים התרחשו באמצעות חומצות הגרעין מקבוצת ה-RNA.[47] בהמשך התפתחו תהליכים מטבוליים נוספים אשר מבוצעים על ידי אנזימים, שבנויים מחלבונים שאבני היסוד שלהם הם חומצות האמינו, והעברת הקוד הגנטי שלהם מתבצעת על ידי חומצות גרעין מקבוצת ה-DNA.

האבולוציה של ההתרבות

[עריכת קוד מקור | עריכה]
צילום מיקרוסקופי - מיקרוקונידיה ומקרוקונידיה של עובש הפוזריוםFusarium spp

בטבע קיימים שני מנגנוני התרבות - רביה א-זוויגית (וגטטיבית) אשר קיימת בכל התאים הפרוקריוטיים, ורבייה זוויגית (התרבות מינית) (אנ') אשר קיימת בכל האורגניזמים האיוקריוטיים.[48] בממלכת הפרוטיסטה, חלק מהמיקרואורגניזמים החד-תאיים מתרבים ברבייה מינית וחלקם ברבייה וגטטיבית. החוקרים Hoffstate ו-Lahr סבורים שההתרבות המינית החלה בתאים עם גנום קדום בעל מבנה של RNA. סביר להניח שהתאים הקדומים הכילו גנום אחד, וכתוצאה מכך היה להם קצב התחלקות מהיר. ייתכן כי נזקים אקראיים אירעו בנוקלאוטיד ה-RNA, דבר אשר מנע את חלוקת התא. מיזוג עם תא פרוקריוטי הוביל לתיקון הנזק של החומר הגנטי והשבת יכולת ההתרבות. תהליך כזה קיים בהווה בווירוסים בעלי סגמנט RNA אחד, כגון וירוס השפעת - (Influenza A). התהליך האבולוציוני של ההתרבות הוביל להתפתחות הסליל הכפול של חומצות הגרעין.[49]

המחקר הגנומי ככלי למחקר האבולוציה של תאים ראשוניים

[עריכת קוד מקור | עריכה]

המחקר המודרני של פיענוח הרצף הגנטי של גנומים משמש ככלי למחקר האבולוציה של התאים הראשוניים על פני כדור הארץ. על בסיס הפיענוח של כל הגנום ניתן להעריך מחדש סכמות אבולוציוניות שהתבססו על סגמנטים ריבוזומליים, כגון סגמנט (SSU rRNA) המצוי בריבוזומים של החיידק אשריכיה קולי וגם במיטוכונדריה ובתאים של בני אדם. האנליזה של כל גנום השמרים מצביעה על כך שרבים מן הגנים של קבוצה זו קרובים יותר לגנים של חיידקים השייכים למלכת הבקטריה מאשר לגנים השייכים לחיידקים ממלכת הארכאה. על פי המחקר הגנומי הגיעו למסקנה שהתאים האיוקריוטים לא התפתחו מן הארכאה, בניגוד להשערות העבר שהתבססו על נוכחות הסגמנט הריבוזומלי SSU rRN. ההנחה כיום גורסת שהתא בעל הגרעין האיוקריוטי הראשון נוצר משני תאים פרוקריוטים, בעלי נוקלאוטיד, ביחסים של סימביוזה מטבולית (Symbiogenesis). ייתכן שהתהליך התרחש בין תא השייך לבקטריה והשני לארכיאה. על פי הנחה זו, נוצר תא כימרי-היברידי וכך נוצר התא עם גרעין התא הראשון. השלב האבולוציוני הבא התבטא בהתמזגות החומר הגנטי לגרעין תא משותף.[50]

אבולוציה של בעלי חיים רב-תאיים מבעלי חיים חד-תאיים

[עריכת קוד מקור | עריכה]
Capsaspora owczarzaki

אחד התהליכים האבולוציונים המשמעותיים ביותר הוא התהליך האבולוציוני של היווצרות יצורים רב-תאיים מיצורים חד-תאיים. מחקרים חדשניים[51] שנעשו על בעל חי חד-תאי המשתייך לממלכת הפרוטיסטה בשם Capsaspora owczarzaki החי כסימביונט בחילזון Biomphalaria glabrata, הראו שהתכונה ליצירת מבנים רב-תאיים הדומים למבנים של ספוג או הידרה היא תוצאה של תגובות כימיות ליוני סידן וליפידים, אשר יכולים להשפיע על מידת ואופי הצבירה של התאים, ממצב של צברים בעלי אופי של יצור ראשוני רב-תאי למצב של תאים דמויי אמבות - תאים אמבואידליים הנפרדים זה מזה.

קישורים חיצוניים

[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים

[עריכת קוד מקור | עריכה]
  1. ^ J. William Schopf, Anatoliy B. Kudryavtsev, Andrew D. Czaja, Abhishek B. Tripathi, Evidence of Archean life: Stromatolites and microfossils, Precambrian Research, Earliest Evidence of Life on Earth 158, 2007-10-05, עמ' 141–155 doi: 10.1016/j.precamres.2007.04.009
  2. ^ 1 2 Gary J Olsen, Carl R Woese, Archaeal Genomics: An Overview, Cell 89, 1997-06, עמ' 991–994 doi: 10.1016/S0092-8674(00)80284-6
  3. ^ Evolution of the atmosphere | History, Composition, Changes, & Facts | Britannica, www.britannica.com (באנגלית)
  4. ^ Antonio Lazcano, Prebiotic Evolution and Self-Assembly of Nucleic Acids, ACS Nano 12, 2018-10-23, עמ' 9643–9647 doi: 10.1021/acsnano.8b07605
  5. ^ Federico Scossa, Alisdair R. Fernie, The evolution of metabolism: How to test evolutionary hypotheses at the genomic level, Computational and Structural Biotechnology Journal 18, 2020, עמ' 482–500 doi: 10.1016/j.csbj.2020.02.009
  6. ^ F. Bourgaud, A. Gravot, S. Milesi, E. Gontier, Production of plant secondary metabolites: a historical perspective, Plant Science 161, 2001-10, עמ' 839–851 doi: 10.1016/S0168-9452(01)00490-3
  7. ^ Cellular Differentiation - an overview | ScienceDirect Topics, www.sciencedirect.com
  8. ^ J. C. Schultz, Shared Signals and the Potential for Phylogenetic Espionage Between Plants and Animals, Integrative and Comparative Biology 42, 2002-07-01, עמ' 454–462 doi: 10.1093/icb/42.3.454
  9. ^ Richard K. Grosberg1 and Richard R. Strathmann2, The Evolution of Multicellularity: A Minor Major Transition?, Annu. Rev. Ecol. Evol. Syst. 2007. 38:621–54 The Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics is online at http://ecolsys.annualreviews.org
  10. ^ 1 2 Pedro Márquez-Zacarías, Rozenn M. Pineau, Marcella Gomez, Alan Veliz-Cuba, David Murrugarra, William C. Ratcliff, Karl J. Niklas, Evolution of Cellular Differentiation: From Hypotheses to Models, Trends in Ecology & Evolution 36, 2021-01-01, עמ' 49–60 doi: 10.1016/j.tree.2020.07.013
  11. ^ Pauline Schaap, Eukaryote Aggregative Multicellularity, Boca Raton: CRC Press, 2022-05-06, עמ' 73–88, ISBN 978-0-429-35190-7
  12. ^ Madeline C. Weiss, Martina Preiner, Joana C. Xavier, Verena Zimorski, William F. Martin, The last universal common ancestor between ancient Earth chemistry and the onset of genetics, PLOS Genetics 14, 2018-08-16, עמ' e1007518 doi: 10.1371/journal.pgen.1007518
  13. ^ History, ucmp.berkeley.edu
  14. ^ Phagotroph - an overview | ScienceDirect Topics, www.sciencedirect.com
  15. ^ Peter Schönheit, Wolfgang Buckel, William F. Martin, On the Origin of Heterotrophy, Trends in Microbiology 24, 2016-01, עמ' 12–25 doi: 10.1016/j.tim.2015.10.003
  16. ^ Membrane Transport w/Selective Permeability, LibreTexts libraries
  17. ^ Cytoplasm | Definition & Function | Britannica, www.britannica.com (באנגלית)
  18. ^ Redox Potentials, www.biology-pages.info
  19. ^ John Torday, Homeostasis as the Mechanism of Evolution, Biology 4, 2015-09-15, עמ' 573–590 doi: 10.3390/biology4030573
  20. ^ Serial Endosymbiotic Theory - an overview | ScienceDirect Topics, www.sciencedirect.com
  21. ^ New theory suggests alternate path led to rise of the eukaryotic cell, news.wisc.edu (באנגלית אמריקאית)
  22. ^ Selective Permeability: Definition & Function | StudySmarter, StudySmarter UK (באנגלית בריטית)
  23. ^ NASA Astrobiology, astrobiology.nasa.gov (ב־)
  24. ^ Meyer, F, Cytoskeletal elements in bacteria Mycoplasma pneumoniae, Thermoanaerobacterium sp., and Escherichia coli as revealed by electron microscopy, J Mol Microbiol Biotechnol, volume 11, issue 3-5, 228-43, 2006
  25. ^ Jan Löwe ∗ , Linda A. Amos, Evolution of cytomotive filaments: The cytoskeleton from prokaryotesto eukaryotes, The International Journal of Biochemistry& Cell Biology
  26. ^ Bill Wickstead, Keith Gull, The evolution of the cytoskeleton, Journal of Cell Biology 194, 2011-08-22, עמ' 513–525 doi: 10.1083/jcb.201102065
  27. ^ Lysosome | Description, Formation, & Function | Britannica, www.britannica.com (באנגלית)
  28. ^ lysosomal disorder | pathology | Britannica, www.britannica.com (באנגלית)
  29. ^ Matthew A. Gray, Christopher H. Choy, Roya M. Dayam, Erika Ospina-Escobar, Alexander Somerville, Xuan Xiao, Shawn M. Ferguson, Roberto J. Botelho, Phagocytosis Enhances Lysosomal and Bactericidal Properties by Activating the Transcription Factor TFEB, Current Biology 26, 2016-08, עמ' 1955–1964 doi: 10.1016/j.cub.2016.05.070
  30. ^ Natalya Yutin, Maxim Y Wolf, Yuri I Wolf, Eugene V Koonin, The origins of phagocytosis and eukaryogenesis, Biology Direct 4, 2009-12, עמ' 9 doi: 10.1186/1745-6150-4-9
  31. ^ Lysosome | Description, Formation, & Function | Britannica, www.britannica.com (באנגלית)
  32. ^ nucleus | Definition, Function, Structure, & Facts | Britannica, www.britannica.com (באנגלית)
  33. ^ Alexander A. Mironov, Victor V. Banin, Irina S. Sesorova, Viacheslav V. Dolgikh, Evolution of the Endoplasmic Reticulum and the Golgi Complex, כרך 607, New York, NY: Springer New York, 2007, עמ' 61–72, ISBN 978-0-387-74020-1. (באנגלית)
  34. ^ C R Woese, O Kandler, M L Wheelis, Towards a natural system of organisms: proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya., Proceedings of the National Academy of Sciences 87, 1990-06, עמ' 4576–4579 doi: 10.1073/pnas.87.12.4576
  35. ^ CARLR.WOESE*t,OTTOKANDLERt,ANDMARKL.WHEELIS, Towardsanaturalsystemoforganisms:ProposalforthedomainsArchaea,Bacteria,andEucarya, Evolution
  36. ^ Manuel S. Godoy, Irene Verdú, Santiago R. de Miguel, José D. Jiménez, M. Auxiliadora Prieto, Exploring Rhodospirillum rubrum response to high doses of carbon monoxide under light and dark conditions, Applied Microbiology and Biotechnology 108, 2024-12 doi: 10.1007/s00253-024-13079-5
  37. ^ A. Christine Munk, Alex Copeland, Susan Lucas, Alla Lapidus, Tijana Glavina Del Rio, Kerrie Barry, John C. Detter, Nancy Hammon, Sanjay Israni, Sam Pitluck, Thomas Brettin, David Bruce, Cliff Han, Roxanne Tapia, Paul Gilna, Jeremy Schmutz, Frank Larimer, Miriam Land, Nikos C. Kyrpides, Konstantinos Mavromatis, Paul Richardson, Manfred Rohde, Markus Göker, Hans-Peter Klenk, Yaoping Zhang, Gary P. Roberts, Susan Reslewic, David C. Schwartz, Complete genome sequence of Rhodospirillum rubrum type strain (S1T), Standards in Genomic Sciences 4, 2011-06-30, עמ' 293–302 doi: 10.4056/sigs.1804360
  38. ^ Andrew J. Roger, Sergio A. Muñoz-Gómez, Ryoma Kamikawa, The Origin and Diversification of Mitochondria, Current Biology 27, 2017-11-06, עמ' R1177–R1192 doi: 10.1016/j.cub.2017.09.015
  39. ^ Bartolomé Sabater, Evolution and Function of the Chloroplast. Current Investigations and Perspectives, International Journal of Molecular Sciences 19, 2018-10-10, עמ' 3095 doi: 10.3390/ijms19103095
  40. ^ Guangyu E. Chena, Evolution of Ycf54-independent chlorophyll biosynthesis in cyanobacteria, PNAS 2021 Vol. 118 No. 10
  41. ^ Dun-Xian Tan, Lucien C. Manchester, Xiaoyan Liu, Sergio A. Rosales-Corral, Dario Acuna-Castroviejo, Russel J. Reiter, Mitochondria and chloroplasts as the original sites of melatonin synthesis: a hypothesis related to melatonin's primary function and evolution in eukaryotes, Journal of Pineal Research 54, 2013-03, עמ' 127–138 doi: 10.1111/jpi.12026
  42. ^ Tan DX, Chen LD, Poeggeler B, Melatonin: a potent, endogenous hydroxyl radical scavenger., Endocr J 1993; 1: 57– 60.
  43. ^ Toni Gabaldón, Peroxisome diversity and evolution, Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 365, 2010-03-12, עמ' 765–773 doi: 10.1098/rstb.2009.0240
  44. ^ Agatha Schlüter, Stéphane Fourcade, Raymond Ripp, Jean Louis Mandel, Olivier Poch, Aurora Pujol, The Evolutionary Origin of Peroxisomes: An ER-Peroxisome Connection, Molecular Biology and Evolution 23, 2006-04-01, עמ' 838–845 doi: 10.1093/molbev/msj103
  45. ^ Florian M. Rossmann, Morgan Beeby, Insights into the evolution of bacterial flagellar motors from high-throughput in situ electron cryotomography and subtomogram averaging, Acta Crystallographica Section D Structural Biology 74, 2018-06-01, עמ' 585–594 doi: 10.1107/S2059798318007945
  46. ^ Lakna, What is the Difference Between Eukaryotic and Prokaryotic Flagella, Pediaa.Com, ‏2022-09-29 (באנגלית אמריקאית)
  47. ^ Orgel Leslie E., Prebiotic Chemistry and the Origin of the RNA World, Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology 39, 2004-01, עמ' 99–123 doi: 10.1080/10409230490460765
  48. ^ Paulo G Hofstatter 1, Daniel J G Lahr, All Eukaryotes Are Sexual, unless Proven Otherwise: Many So-Called Asexuals Present Meiotic Machinery and Might Be Able to Have Sex, Bioessays . 2019 Jun;41(6)
  49. ^ Hemachander Subramanian & Robert A. Gatenby, Evolutionary advantage of anti-parallel strand orientation of duplex DNA, Nature
  50. ^ Damien P Devos,1 Ralph Gräf,2 and Mark C Field, Evolution of the nucleus, ‏2014
  51. ^ Amanda Roach, Indiana University, Earliest animal likely used chemical signaling to evolve into multicellular organism, phys.org (באנגלית)
אוחזר מתוך "https://he.wikipedia.org/w/index.php?title=אבולוציה_של_תאים&oldid=39249641"