Eukariotların prokariotlardan təkamülü və Endosimbioz Teorem

85

Təkamül prosesini nəzərdən keçirsək hər zaman daha ibtidai (sadə) canlılardan daha ali (mürəkkəb) canlıların təkamül etdiyini görərik. Üstəlik, istər fosil, istərsə də molekulların inkişafına baxdıqda bu keçid aydın şəkildə qarşımıza çıxır. İndiyədək tapılan tapıntılarda heç vaxt aralarında təkamül prosesi olduğu güman edilən iki canlıdan mürəkkəb olanın daha sadə quruluşa malik olandan qədim zamanda yaşadığına rast gəlinməyib. Hərçənd, bəzən mürəkkəb xüsusiyyətlərin (qabiliyyətlərin) (artıq lazım olmadığı üçün) uzun müddət ərzində itirildiyini görərik, ancaq ümumi olaraq nəzər yetirsək canlılar üzərində həmişə sadədən mürəkkəbə doğru bir təkamül (təkmil) gedir. Bu, Fizika və Biologiya qanunlarıyla sərhədləndirilmiş bir qaydadır. Ani dəyişmə həm xaos yaranmasına səbəbiyyət verəcəyi, həm də canlıların bu xaosa daha çətin öyrəşəcəyi üçün təkamül həmişə yavaş getmişdir. Bu, bir Biologiya qanunu olan Təkamülə Fizikanın təsirini bizə aydın şəkildə göstərir və bu kainat içərisində Fizika qanunlarının bu halda qalacağı müddətdə də Təkamülün həmişə gedəcəyini bizə xatırladır.

Bu yazımızda sizə sadə başlanğıcdan- prokariotlardan təkmilləşərək eukariotlar (və ya nüvəlilər) olaraq bilinən və çox geniş bir canlı qrupunu əhatə edən sahəni tanıdacağıq və bu sahənin təkamül prosesi keçirməsini izləyəcəyik.

İlk olaraq, Təkamül Prosesində prokariotlardan təkmilləşdiyini az qala dəqiq bildiyimiz eukariotları (və ya nüvəlilər) bakteriyaların və arxeyaların daxil olduğu prokariotlardan ayıran bəzi əsas xüsusiyyətlərə diqqət yetirək. Bu sayədə Təkamül Prosesi daxilində bu canlıların yaranmasını daha rahat müşahidə edə bilərik. Eukariotları (və ya nüvəliləri) ayıran bəzi xüsusiyyətləri belə sıralıya bilərik:

  • Eukariotların hüceyrə skeletləri (sitoskeleton) var, prokariotlarda bu quruluş yoxdur
  • Eukariotların hüceyrə səthləri prokariotlara nisbətən daha elastikdir
  • Eukariotların nüvəsi mövcuddur və bu nüvə içərisində genetik material(DNT) vardır. Eukariotları ayırmağın ən asan yolu nüvənin olub-olmamasına baxmaqdır.
  • Eukariotların həzm üçün vakuolları(qovuqcuq) vardır.
  • Bəlkə də, ən əsası, eukariotlarda bəzi orqanellər: endoplazmatik retikulum, sarkoplazmatik retikulum, Qolci kompleksi, lizosom, mitoxondri, nüvə, peroksisom, vakuol, sitoplazmatik qranullar, hüceyrə kisəcikləri (faqosomlar, avtoqagosomlar, klitoral örtüklü hissələri), ifrazat kisələri (sinaptosomlar, akrosomlar, melananosomlar, xromaffin qranulları) vardır. Bu orqanellərin heç biri prokariotlarda mövcud deyil.

Bu canlılara aid tipik hüceyrə quruluşuna baxmazdan əvvəl bir prokariot hüceyrəsinə baxaraq aradakı fərqləri nəzərdən keçirək.

Yuxardakı E. coli bakteriyasının elektronik mikroskopla çəkilmiş şəkli aşağıdakı şəkillə müqayisə edilərsə aradakı fərqlər aydın şəkildə görünür. Belə ki, ilk şəkildəki bakteriyanın orqanelləri pərdəylə əhatəli deyil və sitoplazma (hüceyrə içindəki maye) içərisində səpələnmişdir. Aşağıda eukariotik canlı olan protistanın şəklini görürük.

Yuxarıdakı protista nümunəsinə baxdıqda ortada iri bir şəkildə görünən nüvəni, əlavə olaraq da pərdəli orqanelləri də görmək mümkünür. Bunların heç birinə prokariotlarda rast gəlinmir. Protistalar tək hüceyrəli də ola bilərlər, çox hüceyrəli də. Ancaq Təkamül prosesi baxımından hələ çox hüceyrəliyə keçməmişik. Bu məqamda eukariotların ulu babaları təkamül etməkdədir. Hələlik bitki, heyvan, protista kimi ayrı qrup canlılarla rastlaşmırıq.

Aşağıda da bir göbələk zoospor hüceyrəsi görürük.

Yenə bütün orqanelləri aydın bir şəkildə görünür. Pərdəli orqanel deyildikdə nəzərdə tutulan özünə aid bir bölmə içərisində olan strukturlardır. Bu strukturların necə təkmilləşdiyi yazımızın əsas məğzidir. Mövzudan çox uzaqlaşmamış eyni quruluşun onlarda da olduğuna əmin olmaq üçün bitki və heyvan hüceyrələrinə də nəzər yetirək.

Yuxarıdakı bir bitki hüceyrəsinin mikrofotoqrafiyasıdır. Pərdəli orqanel strukturları açıq bir şəkildə görülür. Aşağıda isə Arabidopsis thaliana adlı bir bitki hüceyrələri daha yaxından bir mikroskop altında müşahidə olunmuş və orqanellərə adlar verilmişdir.

Heyvanlarda da eyni hal baş verir. Aşağıda heyvan hüceyrələrində görülən tipik orqanellər işarələnmişdir.

Bu arada bütün hüceyrələrin quruluş cəhətdən bir-birlərinə çox bənzədiyini və aralarında çox xırda fərqlərin olmasına, ancaq üst-üstə, alt-alta, yan-yana düzülmə nəticəsində heyvanlar arasında dağlar qədər fərqin meydana gəldiyinə də diqqət yetirmək lazımdır. Bu da ibtidai başlanğıcdan Təkamül Prosesi sayəsində nə qədər fərqli yönlərə inkişaf edə biləcəyinin aydın göstərməkdədir.

Eukariotlar necə meydana gəldi? Cavab: Endosimbioz teorem 

Eukariotların inkişafının necə olması uzun müddət sadəcə sual olaraq qalmışdı. Mövzunu izah etmək üçün müəyyən fərziyyələr irəli sürülsə də, onlardan heç biri suallara tam cavab verə bilmədiyi üçün müəyyən qədər əskiklikləri var idi.

Rus botanik Konstantin Mereşovski (Konstantin Mereschkowski) özündən əvvəlki elm adamlarının xloroplastlar üzərindəki tədqiqatlarını və öz tapıntılarını birləşdirərək 1905-ci ildə Endosimbioz teoremin (qayda) əsasını qoydu. Mereşovskidən əvvəl də Andriz Şimper (Andreas Schimper) adlı başqa bir botanik xloroplastlar üzərində tədqiqatlar aparmış və quruluşları ilə funksiyalarının sərbəst olaraq yaşayan bakteriya olan sianobakteriyalara olduqca çox bənzədiyinin fərqinə varmışdır. Şimper bir məqaləsində qeyd olaraq bitkilərin iki müxtəlif canlının ortaq həyata keçməsiylə təkmilləşmiş ola biləcəyini bildirmişdi.

Daha sonra, 1960-cı illərdə elektron mikroskop və genetik metodlardan istifadə edilməklə bəzi tədqiqatlarda xloroplastlar ilə sianobakteriyalar arasındakı əlaqəni, mitoxondrilərlə də Rickettsiales adlı proteobakteriyalar (ön bakteriyalar, ibtidai bakteriyalar) arasındakı oxşarlığı və genetik bütövlüyü göz önünə çəkmişdir.

Endosimbioz teoremə görə milyonlarla il ərzində hökm sürmüş bakteriyalar özlərindən kiçik bəzi bakteriyaları və ya protiobakteriyaları endositoz üsulu ilə yemək üçün daxillərinə almış, lakin həzm edə bilməmişdilər. Həzm prosesinin uğursuz olması nəticəsində iki bakteriya da əvvəlki vəziyyətlərindən daha üstün hala gəlmişdir, çünki böyük və ovçu olan bakteriya “yediyi”, lakin həzm edə bilmədiyi bu bakteriyanın hüceyrə içi bəzi işləri yerinə yetirməsini təmin edə bilmişdir. Buna qarşılıq olaraq ov olan kiçik bakteriya isə bu yeni hüceyrə içi mövqeyində əvvəl olduğundan daha təhlükəsiz yerdədir və ehtiyacı olduğu materialları daha asan əldə edir. Elə bu səbəbdən də Təbii Seçmə bu prosesi dəstəkləmiş və nəticədə ilk eukariotik hüceyrələr meydana gəlmişdir.

Üstəlik Endosimbioz teorem sadəcə bu orqanelləri izah etmir. Daha sonralar, 1981-ci ildə Lin Marqulis adlı bir elm adamı spiroxet növlü bakteriyaların digər bakteriyalar üzərində yaşamağa başlayaraq onların silləri və flaqellumlarına (qamçıya) çevrildiyini öyrənmişdir. Riçard Dokinz (Richard Dawkins)  “Əcdadın Hekayəsi: Həyatın mənşəyinə səfər” (“The Ancestor’s Tale – A Pilgrimage to the Dawn of Life”) adlı kitabında bu mövzudan geniş bəhs edir.

Oxşar şəkildə peroksisom adlanan orqanellərin də endosimbiotik əlaqələr nəticəsində təkmilləşmiş ola biləcəyi fərqli elm adamları tərəfindən irəli sürülmüşdür. Bu mövzudakı problem qamçıların və peroksisomun öz genetik materiallarının olmamasıdır. Ancaq transpozonal sıçramalar(Genetik dəyişiklik) ve mutasiyaları da fikirləşdikdə bu quruluşların zamanla genetik materiallarını itirmiş ola biləcəyi fikri yuxarıdakı “problemi” lazımı qədər açıqlaya bilir. Aşağıda bu mövzuya yenidən toxunacağıq.

İndilik sadəcə olaraq mitoxondri və xloroplastları, yəni aralarında Endosimbioz əlaqənin varlığından hardasa dəqiq əmin olduğumuz orqanelləri ələ alacağıq.

Endosimbioz teoremi dəstəkləyən faktlar:

  1. Mitoxondri və xloroplastlar amitoz bölünmə ilə artır. Bakteriyalar da bu yolla çoxalır.
  2. Eukariot hüceyrələrdə orqanellər iki və ya daha çox pərdə (membran) ilə örtülüdür. Bu pərdə peptidodoqlikan tərkiblidir. Beləliklə bu pərdənin endosimbioz birləşmədən əvvəl ayrı bir bakteriyaya aid olduğu təxmin edilir, çünki bakteriyaların membranları da bu formadadır.
  3. Mitoxondri və xloroplastların özlərinə aid DNT-ləri (DNA) olur. Bu DNT hüceyrə DNT-sindən fərqli olaraq bakteriyalardakı kimi plazmid formada, yəni kürəvi və kiçikdir.
  4. DNT-də aparılan tədqiqatlar hüceyrə nüvəsindəki əsas DNT-də mitoxondri və xloroplastlardan gəlmiş ola biləcək genlər tapıldığını ortaya çıxarmışdır. Endosimbioz əlaqə başladıqdan sonra hüceyrələr bir-birindən asılı hala gəldiyinə görə orqanelləri təşkil edəcək bakteriyalar bəzi genlərini nüvədəki əsas DNT-yə ötürmüşlər.
  5. Orqanellərdə olan 70S tipli ribosomlar ilə bakteriyalarda mövcud olan ribosomlar eynidir.
  6. Orqanellər tərəfindən istehsal olunan zülallar ilə bakteriyaların istehsal etdiyi zülallar başlanğıc amin turşusu olaraq eyni amin turşusu (N-formilmetiyonin) istifadə edir.
  7. Xloroplastlar içərisində olan xlorofillərin tilakoid quruluşu ilə sianobakteriyaların quruluşu son dərəcə oxşardır.
  8. Mitoxondridə istehsal edilən bəzi fermentlər bakteriyalarda istehsal olunanla çox bənzərdir.
  9. Mitoxondri və xloroplastların ölçüləri bir-birlərinə olduqca bənzəyir.

Siyahının daha da uzatmaq mümkündür, lakin mövzunu daha da uzatmamaq üçün burada bitirmək istədik. Endosimbioz Teorem artıq çox baxımdan dəstəklənən güclü bir teoremdir. İllər içərisində bu teoremə qarşı bir çox fikirlər söylənsə də asanlıqla izah edilib. Misal üçün, bir qrup elm adamı mitoxondri ilə xloroplastın hüceyrə xaricində tək olaraq həyatda qala bilməyəcəklərini, bu səbəbdən də Endosimbioz Teoremin doğruluğunun sual altında olduğunu bildirmişdilər. Lakin bu fikir ortaya atılarkən orqanellərin əlaqədən sonra əsas hüceyrədən asılı olması və genlərinin bir hissəsini itirdikləri nəzərdən qaçmışdır. Əlbəttə, buna görə orqanellər azad yaşaya bilməyəcəklər. Bildirilən belə bir-neçə gücsüz fikir də asanlıqla izah edilib.

Bunun xaricində ikinci, üçüncü və hətta dördüncü dərəcəli endosimbiozdan da bəhs etmək mümkündür. Bunlar da arxa-arxaya hüceyrələrin endosimbioz əlaqəyə girməsindən meydana gələr, kökü bəzi orqanellərin 3 qat pərdələrinin olmağına dayanar. Mövzudan kənara çıxmamaq üçün onun haqqında çox danışmayaq.

Eukariotların necə təkmilləşdiyini anladıqsa, xüsusiyyətlərilə davam edək.

Prokariotların hüceyrə səthi əsasən elastik deyil və əyilib-bükülmələri çox zaman çətinliklə olur. Ən qədim bakteriya fosilləri belə çöp şəklindədir və böyük ehtimalla günümüzdəkilər kimi məhdud elastikliyə sahibdir. Ancaq eukariotlar hüceyrə divarlarının içərisində olduqları mühitə uyğun bir şəkildə təkmilləşməsi sayəsində daha elastik bir quruluş əldə etmişdir. Bu sayədə prokariotlar müəyyən bir böyüklüyə qədər böyüyə bildiyi halda (səth-sahə-həcm-nisbət məhdudiyyətləri səbəbiylə), eukariotlar öz üstlərinə nisbətdə artaraq səth sahəsini artıra bilər və prokariotlardan daha böyük hala hətta minlərlə dəfə arta bilərlər. Günümüzdəki ən böyük eukariot hüceyrələr quş yumurtalarıdır. Hamımız toyuq yumurtasını tanıyırıq. Bu, tək bir hüceyrədir və eukariotikdir.

Ayrıca eukariotlar bəzi prokariot hüceyrələrin xüsusiyyətlərini də daşıyır. Üfüqi gen ötürüməsi (Horizontal gene transfer) prosesilə ibtidai eukariotlar da prokariotlardan gen ala bilmişlər. Bu da çox qədim zamanlardakı, xüsusən də, tək hüceyrəlilərdəki təkamül əlaqələrini aşkar etməyimizi çətinləşdirir.

Eukariotlar günümüzədək çox böyük müvəffəqiyyətlər qazanmışlar. Hər nə qədər Dünyanın hər tərəfinə yayılmış və sonsuz miqdarda növlərə bölünmüş olsalar belə hər şeyin başlanğıcının prokariotlar olduğunu yaddan çıxarmamaq lazımdır.

Bioloqlar arasında belə bir məşhur söz var:

Bütün insanlar (eukariot hüceyrələrə sahibdir) bir anda yox olsa, Dünyadakı növlərin 99%nin bundan xəbəri belə olmaz. Ancaq bakteriyalar bir anda yox olsa bir həftə içərisində Dünya üzərində heç bir canlı qalmaz.

Nəticədə prokariotlardan başlayaraq təxminən 2,7 milyar il əvvəl Endosimbiotik Teorem daxilində mürəkkəbləşməyə başlayan tək hüceyrə quruluşları qısa bir müddət ərzində Yer üzərində hakim ola bilmişlər. Bu eukariot canlıların təkmili çox uzun illər ərzində davam etmiş və günümüzə qədər uzanmışdır. Unutmamaq lazımdır ki, 2,7 milyard il əvvəl prokariotlardan ayrılaran eukariotlar geniş bir müxtəlifliyə doğru budaqlanaraq təkamül keçirmişlər. Bu təkamül nəticəsində əvvəlcə hüceyrələr daha da mürəkkəbləşmiş, sonra isə günümüzdən 900 milyon il əvvəl çoxalıb birləşmə nəticəsində ilkin çoxhüceyrəlilər yaranmışdır. Çoxhüceyrələrin təkamülü isə günümüzdəki müxtəliflikdə bir dönüm nöqtəsidir

 

Məqalə Evrim Ağacıdan tərcümə edilmişdir

Tərcümə: Əhməd İsmayıl

Redaktə etdi: Ziya Mehdiyev

CAVAB YAZ

Zəhmət olmasa şərhinizi daxil edin!
Zəhmət olmasa adınızı buraya daxil edin