Yhdysvaltalaistutkijat matkivat kehityshistoriallisesti merkittävää tapahtumaa: soluhengityksestä vastaavien soluelinten syntymistä.
Nämä tuman ulkopuolella sijaitsevat mitokondriot vapauttavat ravinnon energiaa solun käyttöön ja sisältävät ulko- ja sisäkalvojen lisäksi omaa perintöainesta. Koska mitokondrio muistuttaa pieneliötä, se juontunee itsenäisestä solusta.
Yhteistyö loi uutta elämää
Mitokondrion kehityksen uskotaan alkaneen toisen solun vangitsemasta bakteerista noin 1,5 miljardia vuotta sitten, jolloin maapallolla oli ainoastaan yksisoluisia eliöitä.
Pieneliöiden yhteensulautuminen johti tiiviiseen yhteistyöhön, jolla oli kauaskantoiset vaikutukset evoluutioon. Sen tuloksena syntyivät eukaryootit eli aitotumaiset solut, joista kaikki monisoluiset eliöt koostuvat.
Tutkijat saivat hiivasoluihin siirretyt kolibakteerit toimimaan mitokondrioina, jotka periytyivät sukupolvelta toiselle. Nuoli osoittaa kolibakteeriin (violetti) hiivasolussa.
Kalifornialaisessa Scrippsin tutkimuslaitoksessa jäljiteltiin historiallista tapahtumasarjaa siirtämällä kolibakteereja hiivasoluihin ja manipuloimalla molempia geneettisesti niin, että osapuolet tulivat toisistaan riippuvaisiksi.
Hiivasolut menettivät kykynsä tuottaa runsasenergiaista yhdistettä adenosiinitrifosfaattia (ATP) ja joutuivat siksi turvautumaan bakteerien energiantuotantoon. Bakteerien oli puolestaan pakko turvautua isäntäsoluun puuttuvan B-vitamiinin takia.
Näin tutkijat loivat energiaa soluissa:
1. Bakteerilta otetaan pois B-vitamiini
Muuttamalla perimää estetään kolibakteeria (punainen) tuottamasta B-vitamiinia ja sitä vahvistetaan solukalvon suojaavilla proteiineilla.
2. Hiivasolu kärsii energianpuutteesta
Geneettisesti muokatun hiivasolun (iso sininen) mitokondriot (pieni sininen, jossa rasti) eivät toimi normaalisti. Siksi sen on mahdoton tuottaa välttämätöntä energiaa.
3. Vieraat ystävystyvät
Kolibakteeri siirretään hiivasoluun. Normaalisti hiivasolu tuhoaisi tunkeilijan, mutta hiivasolun hyökkäys kilpistyy kolibakteeria suojaaviin proteiineihin.
4. Bakteeri antaa hiivasolulle energiaa
Kolibakteeri ja hiivasolu lyöttäytyvät yhteen. Hiivasolu saa bakteerilta käyttöönsä energiaa ATP-yhdisteenä (pienet punaiset pallot).
5. Hiivasolu antaa bakteerille vitamiineja
Yhteistyö tarkoittaa myös sitä, että kolibakteeri antaa hiivasolulle B-vitamiinia (pienet siniset pallot).
6. Symbioosi periytyy
Bakteeri ja hiiva tarvitsevat toisiaan ja muodostavat toiminnallisen kokonaisuuden. Symbioottinen suhde siirtyy jälkeläisille sukupolvesta toiseen.
Solut olivat heikentyneitä bakteereja
Onnistumisesta kertoi bakteerin ja hiivan solmima symbioottinen suhde, joka vastaa solun ja siinä toimivan mitokondrion välistä yhteistyötä. Ominaisuus välittyi jakautumisten myötä seuraaville 40 sukupolvelle.
Tutkimuksen mukaan solujemme edeltäjät saattoivat hyvinkin olla heikentyneitä bakteereja ja alkeellisia soluja, jotka lyöttäytyivät yhteen suunnilleen 1,5 miljardia vuotta sitten.
