सेल की उत्पत्ति: मुख्य सिद्धांत (प्रोकैरियोटिक और यूकेरियोटिक) - जीवविज्ञान - 2025

कोशिका की उत्पत्ति 3.5 अरब वर्ष से अधिक पुरानी है। जिस तरह से इन कार्यात्मक इकाइयों की उत्पत्ति हुई है, वह कई शताब्दियों के लिए वैज्ञानिकों की जिज्ञासा जगाती है।

कोशिकाओं की उत्पत्ति के साथ प्रति जीवन की उत्पत्ति थी। एक आदिम वातावरण में, पर्यावरण की स्थिति आज जो हम देखते हैं उससे बहुत अलग थी। ऑक्सीजन की सघनता व्यावहारिक रूप से शून्य थी, और गैसों की एक अन्य संरचना से वातावरण का प्रभुत्व था।

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प्रयोगशाला में अलग-अलग अनुभवों से पता चला है कि पृथ्वी की प्रारंभिक पर्यावरणीय परिस्थितियों में, जैविक प्रणालियों के विभिन्न बायोमॉलेक्यूल विशेषता की बहुलकीकरण संभव है, अर्थात्: अमीनो एसिड, शर्करा, आदि।

उत्प्रेरक क्षमता के साथ एक अणु और खुद को (संभावित रूप से, एक आरएनए) को फॉस्फोलिपिड झिल्ली में संलग्न किया जा सकता है, जो पहले आदिम प्रोकैरियोटिक कोशिकाओं का निर्माण करता है, जो डार्विनियन सिद्धांतों के बाद विकसित हुआ।

इसी तरह, यूकेरियोटिक कोशिका की उत्पत्ति को आमतौर पर एंडोसिम्बायोटिक सिद्धांत का उपयोग करके समझाया गया है। इस विचार का समर्थन करता है कि एक बड़ा जीवाणु एक छोटे से जुड़ा हुआ है और समय बीतने के साथ ही उन जीवों की उत्पत्ति हुई जिन्हें हम आज (क्लोरोप्लास्ट और माइटोकॉन्ड्रिया) जानते हैं।

कोशिका सिद्धांत

सेल एक शब्द है जो लैटिन मूल सेलुला से आता है, जिसका अर्थ है खोखला। ये जीवित चीजों की कार्यात्मक और संरचनात्मक इकाइयाँ हैं। इस शब्द का प्रयोग पहली बार 17 वीं शताब्दी में शोधकर्ता रॉबर्ट हुक द्वारा किया गया था, जब वह माइक्रोस्कोप की रोशनी में कॉर्क की एक शीट की जांच कर रहे थे और एक प्रकार की कोशिकाओं का अवलोकन कर रहे थे।

इस खोज के साथ, अधिक वैज्ञानिक - विशेष रूप से थियोडोर श्वान और मैथियास श्लेडेन के योगदान - जीवित पदार्थ की सूक्ष्म संरचना में रुचि रखते हैं। इस तरह, जीव विज्ञान के सबसे महत्वपूर्ण स्तंभों में से एक का जन्म हुआ: सेल सिद्धांत।

इस सिद्धांत का मानना ​​है कि: (ए) सभी कार्बनिक कोशिकाओं से बने होते हैं; (b) कोशिकाएँ जीवन की इकाई हैं; (c) जीवन को बनाए रखने वाली रासायनिक अभिक्रियाएँ कोशिका की सीमा के भीतर होती हैं और (d) सभी जीवन पहले से मौजूद जीवन से आती हैं।

यह अंतिम पोस्ट रुडोल्फ विरचो के प्रसिद्ध वाक्यांश में संक्षेपित है: "ओम्निस सेलुला ई सेलुला" - सभी कोशिकाएं पहले से मौजूद अन्य कोशिकाओं से ली गई हैं। लेकिन पहली सेल कहां से आई? आगे हम उन मुख्य सिद्धांतों का वर्णन करेंगे जो पहले सेलुलर संरचनाओं की उत्पत्ति की व्याख्या करना चाहते हैं।

प्रोकैरियोटिक कोशिका का विकास

जीवन की उत्पत्ति एक घटना है जो कोशिकाओं की उत्पत्ति से निकट से जुड़ी हुई है। पृथ्वी पर, जीवन के दो सेलुलर रूप हैं: प्रोकैरियोट्स और यूकेरियोट्स।

दोनों वंश मूल रूप से उनकी जटिलता और संरचना के संदर्भ में भिन्न होते हैं, यूकेरियोट्स बड़े और अधिक जटिल जीव होते हैं। यह कहना नहीं है कि प्रोकैरियोट्स सरल हैं - एक एकल प्रोकैरियोटिक जीव विभिन्न आणविक परिसरों का एक संगठित और जटिल समूह है।

जीवन की दोनों शाखाओं का विकास जीव विज्ञान की दुनिया में सबसे रोमांचक सवालों में से एक है।

क्रोनोलॉजिकल रूप से, जीवन का अनुमान 3.5 से 3.8 बिलियन वर्ष पुराना है। यह पृथ्वी के गठन के लगभग 750 मिलियन वर्ष बाद दिखाई दिया।

प्रारंभिक जीवन रूपों का विकास: मिलर के प्रयोग

1920 के दशक के आरंभ में यह विचार था कि कार्बनिक मैक्रोमोलेक्यूल एक आदिम वातावरण की पर्यावरणीय परिस्थितियों में सहजता से बहुलक कर सकता है - कम ऑक्सीजन सांद्रता और सीओ ₂ और एन ₂ की उच्च सांद्रता के साथ, साथ ही साथ श्रृंखला भी। गैसों जैसे एच ₂, एच ₂ एस, और सीओ।

यह माना जाता है कि काल्पनिक आदिम वातावरण ने एक कम करने वाला वातावरण प्रदान किया, जो एक ऊर्जा स्रोत (जैसे सूरज की रोशनी या बिजली के निर्वहन) के साथ मिलकर कार्बनिक अणुओं के बहुलककरण के लिए अनुकूल परिस्थितियों का निर्माण किया।

इस सिद्धांत की पुष्टि 1950 में शोधकर्ता स्टेनली मिलर ने अपने स्नातक अध्ययन के दौरान की थी।

स्व-प्रतिकृति और उत्प्रेरक गुणों के साथ एक अणु की आवश्यकता: आरएनए की दुनिया

अणुओं के निर्माण के लिए आवश्यक शर्तों को निर्दिष्ट करने के बाद जो हम सभी जीवित प्राणियों में पाते हैं, जानकारी को संग्रहीत करने और खुद को दोहराने की क्षमता के साथ एक आदिम अणु का प्रस्ताव करना आवश्यक है - वर्तमान कोशिकाएं चार सूचनाओं के तहत आनुवांशिक जानकारी संग्रहीत करती हैं। डीएनए अणु में न्यूक्लियोटाइड।

आज तक, इस अणु के लिए सबसे अच्छा उम्मीदवार आरएनए है। यह 1980 तक नहीं था कि शोधकर्ताओं सिड एल्टमैन और टॉम सीईच ने इस न्यूक्लिक एसिड की उत्प्रेरक क्षमताओं की खोज की, जिसमें न्यूक्लियोटाइड्स का बहुलककरण भी शामिल था - जीवन और कोशिकाओं के विकास में एक महत्वपूर्ण कदम।

इन कारणों के लिए, यह माना जाता है कि जीवन ने आरएनए का उपयोग आनुवंशिक सामग्री के रूप में करना शुरू किया, न कि डीएनए के रूप में, जो वर्तमान अधिकांश रूपों में मौजूद हैं।

जीवन की बाधाओं को सीमित करना: फॉस्फोलिपिड्स

एक बार जब मैक्रोमॉलेक्यूल और अणु सूचनाओं को संग्रहीत करने और खुद को दोहराने में सक्षम होते हैं, तो एक जैविक झिल्ली का अस्तित्व जीवित और बाह्य वातावरण के बीच की सीमाओं को निर्धारित करने के लिए आवश्यक है। विकास के रूप में, इस कदम ने पहली कोशिकाओं की उत्पत्ति को चिह्नित किया।

माना जाता है कि पहली कोशिका आरएनए अणु से उत्पन्न हुई थी जो फॉस्फोलिपिड्स से बनी एक झिल्ली द्वारा संलग्न थी। उत्तरार्द्ध एम्फीपैथिक अणु हैं, जिसका अर्थ है कि एक भाग हाइड्रोफिलिक (पानी में घुलनशील) और दूसरा भाग हाइड्रोफोबिक (पानी में घुलनशील नहीं) है।

जब फॉस्फोलिपिड्स पानी में घुल जाते हैं, तो वे सहज रूप से एकत्रित होकर एक लिपिड बाइलेयर बनाने की क्षमता रखते हैं। ध्रुवीय प्रमुख एक दूसरे के संपर्क में जलीय वातावरण और अंदर हाइड्रोफोबिक पूंछ का सामना कर रहे हैं।

यह अवरोध थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर है और एक कम्पार्टमेंट बनाता है जो सेल को बाह्य वातावरण से अलग करने की अनुमति देता है।

समय बीतने के साथ, लिपिड झिल्ली के भीतर संलग्न आरएनए ने डार्विनियन तंत्र के बाद अपने विकासवादी मार्ग को जारी रखा - जब तक कि उसने प्रोटीन संश्लेषण जैसी जटिल प्रक्रियाएं प्रस्तुत नहीं कीं।

चयापचय का विकास

एक बार इन आदिम कोशिकाओं का निर्माण हो जाने के बाद, आज हम जिन चयापचय पथों को जानते हैं उनका विकास शुरू हुआ। पहली कोशिकाओं की उत्पत्ति के लिए सबसे प्रशंसनीय परिदृश्य महासागर है, इसलिए पहली कोशिकाएं पर्यावरण से सीधे भोजन और ऊर्जा प्राप्त करने में सक्षम थीं।

जब भोजन दुर्लभ हो गया, कुछ सेल वेरिएंट्स को भोजन प्राप्त करने और ऊर्जा उत्पन्न करने के वैकल्पिक तरीकों के साथ प्रकट होना पड़ा, जिससे उन्हें अपनी प्रतिकृति जारी रखने की अनुमति मिली।

कोशिका चयापचय की पीढ़ी और नियंत्रण इसकी निरंतरता के लिए आवश्यक हैं। वास्तव में, मुख्य चयापचय मार्गों को वर्तमान जीवों के बीच व्यापक रूप से संरक्षित किया जाता है। उदाहरण के लिए, एक जीवाणु और एक स्तनपायी दोनों ग्लाइकोलाइसिस करते हैं।

यह प्रस्तावित किया गया है कि ऊर्जा उत्पादन तीन चरणों में विकसित होता है, ग्लाइकोलाइसिस के साथ शुरू होता है, इसके बाद प्रकाश संश्लेषण होता है, और ऑक्सीडेटिव चयापचय के साथ समाप्त होता है।

चूंकि आदिम वातावरण में ऑक्सीजन की कमी थी, इसलिए यह प्रशंसनीय है कि इसके बिना शुरुआती चयापचय प्रतिक्रियाएं हुईं।

यूकेरियोटिक कोशिका का विकास

कोशिकाएं लगभग 1.5 बिलियन साल पहले तक विशिष्ट रूप से प्रोकैरियोटिक थीं। इस स्तर पर, एक सच्चे नाभिक और ऑर्गेनेल के साथ पहली कोशिकाएं स्वयं दिखाई दीं। साहित्य में सबसे प्रमुख सिद्धांत जो जीवों के विकास की व्याख्या करता है, एंडोसिम्बायोटिक सिद्धांत है (एंडो का अर्थ है आंतरिक)।

जीव अपने वातावरण में अलग-थलग नहीं हैं। जैविक समुदाय कई परस्पर क्रियाओं को प्रस्तुत करते हैं, दोनों विरोधी और सहक्रियात्मक। विभिन्न अंतःक्रियाओं के लिए उपयोग किया जाने वाला एक छत्र शब्द सहजीवन है - पूर्व में केवल दो प्रजातियों के बीच पारस्परिक संबंधों के लिए उपयोग किया जाता था।

जीवों के बीच बातचीत में महत्वपूर्ण विकासवादी परिणाम होते हैं, और इसका सबसे नाटकीय उदाहरण एंडोसिम्बायोटिक सिद्धांत है, जिसे शुरू में अमेरिकी शोधकर्ता लिन मार्गुलिस ने 1980 के दशक में प्रस्तावित किया था।

एंडोसिम्बायोटिक सिद्धांत के अनुकार

इस सिद्धांत के अनुसार, कुछ यूकेरियोटिक ऑर्गेनेल - जैसे कि क्लोरोप्लास्ट और माइटोकॉन्ड्रिया - शुरू में प्रोकैरियोटिक जीव थे। विकास के कुछ बिंदु पर, एक प्रोकैरियोट को एक बड़े से निगल लिया गया था, लेकिन पचा नहीं था। इसके बजाय, वह बच गया और बड़े जीव के भीतर फंस गया।

उत्तरजीविता के अलावा, दो जीवों के बीच प्रजनन काल को सिंक्रनाइज़ किया गया था, जो लगातार पीढ़ियों तक पारित करने के लिए प्रबंधन करता था।

क्लोरोप्लास्ट के मामले में, संलग्न जीव ने प्रकाश संश्लेषण करने के लिए सभी एंजाइमेटिक मशीनरी का प्रदर्शन किया, इन रासायनिक प्रतिक्रियाओं के उत्पादों के साथ बड़े जीव की आपूर्ति की: मोनोसैकराइड्स। माइटोकॉन्ड्रिया के मामले में, यह पोस्ट किया गया है कि संलग्न प्रोकैरियोट पैतृक α-proteobacteria हो सकता है।

हालांकि, बड़े मेजबान जीव की संभावित पहचान साहित्य में एक खुला सवाल है।

संलग्न प्रोकैरियोटिक जीव ने अपनी कोशिका भित्ति को खो दिया, और पूरे विकास के दौरान उन सुस्पष्ट संशोधनों को जन्म दिया, जिनसे अन्य जीवों की उत्पत्ति हुई। यह, संक्षेप में, एंडोसिम्बायोटिक सिद्धांत है।

एंडोसिम्बायोटिक सिद्धांत के लिए साक्ष्य

वर्तमान में कई तथ्य हैं जो एंडोसिम्बायोसिस के सिद्धांत का समर्थन करते हैं, अर्थात्: (ए) वर्तमान माइटोकॉन्ड्रिया और क्लोरोप्लास्ट का आकार प्रोकैरियोट्स के समान है; (b) इन जीवों की अपनी आनुवंशिक सामग्री होती है और प्रोटीन के हिस्से को संश्लेषित करते हैं, हालांकि वे नाभिक से पूरी तरह से स्वतंत्र नहीं होते हैं और (c) दोनों जैविक संस्थाओं के बीच कई जैव रासायनिक समानताएं हैं।

यूकेरियोटिक होने के फायदे

यूकेरियोटिक कोशिकाओं का विकास प्रोकैरियोट्स पर लाभों की एक श्रृंखला के साथ जुड़ा हुआ है। आकार में वृद्धि, जटिलता और कम्पार्टमेंटलाइज़ेशन ने उपन्यास जैव रासायनिक कार्यों के तेजी से विकास की अनुमति दी।

यूकेरियोटिक कोशिका के आगमन के बाद, बहुकोशिकीयता आई। यदि एक सेल "चाहता है" बड़े आकार के लाभों का आनंद लेने के लिए, यह बस नहीं बढ़ सकता है, क्योंकि सेल की सतह इसकी मात्रा के संबंध में बड़ी होनी चाहिए।

इस प्रकार, एक से अधिक कोशिकाओं वाले जीव अपने आकार को बढ़ाने में सक्षम थे और कई कोशिकाओं के बीच कार्यों को वितरित करते हैं जो उन्हें रचना करते हैं।

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