Teoria endosymbiozy

Przyjęta współcześnie teoria endosymbiozy (to specyficzny rodzaj symbiozy, w którym komórki jednego organizmu żyją wewnątrz komórek drugiego. Współcześnie uważa się, że mitochondrium, chloroplast a być może i inne organella eukariotyczne pochodzą od bakteryjnych endosymbiontów) zakłada następujący scenariusz:
• Z jakiegoś powodu komórka nienaruszona bakterii znalazła się wewnątrz błony komórki eukariotycznej
• Między komórkami wytworzyła się symbioza
• Stopniowo geny z organellum przedostawały się do jądra – martwe organella uwalniały swoje geny do wnętrza komórki, skąd miały one szansę trafić do jądra. Jeśli gen funkcjonował w jądrze jego przypadkowa utrata w organellum nie powodowała poważniejszych skutków ubocznych, tak więc stopniowo traciło ono geny. Nie było mechanizmu który transferowałby geny z jądra do organellum.
Problemy pochodzenia komórki eukariotycznej i tych organellów wydawały się być odrębne – znane są eukarionty bez mitochondrium, a chloroplasty są relatywnie rzadkim organellum. Badania genetyczne pokazały jednak, że wszystkie współczesne bezmitochondrialne eukarionty zawierają w jądrze mitochondrialne geny. Tak więc wspólny przodek wszystkich eukariotów musiał już mieć mitochondria!
To odkrycie dostarczyło nowego rozwiązania problemu domen. Według niego na pewnym etapie istniały bakterie, archea i bezmitochondrialne pra-eukarionty, a potem pra-eukariotyczna komórka przez symbiozę z mitochondrium otrzymała dużą dawkę bakteryjnych genów. Dzięki temu LUCA jest prostszy niż w klasycznym modelu 3 domen, a z wyjątkiem kierunku od mitochondriów (α-proteobakterii) do eukariotów transfer genów jest niewielki.
O ile jednak wiemy jak wyglądał symbiont, poważnym problemem tego modelu jest trudność w wyborze przekonującego kandydata na piertotną komórkę gospodarza, którego nie potrafimy utożsamić z żadnym istniejącym organizmem W pewnym sensie tej sytuacji należałoby się spodziewać – komórka-gospodarz otrzymała tak dużą dawkę obcych genów, że z pierwotnego organizmu mogło pozostać niewiele. Możemy wykluczyć jej bakteryjny charakter (transfer genów od bakterii do bakterii nie wyjaśni cech wspólnych z archea), zostają więc jakieś bliżej niesprecyzowane praeukarioty oraz archea. Ta druga opcja to tzw. model fuzji:
• Z LUCA wywodzą się 2 domeny – bakterie i archea
• Pewna komórka archea stała się gospodarzem dla pewnej komórki bakteryjnej. Bardzo duży transfer genów spowodował utratę przez nią wielu cech archea. Tak więc trzecia domena powstała przez fuzję dwóch pierwotnych.
Model ten jest bardzo elegancki, wspólne cechy archea i eukariotów wyjaśnia pochodzeniem komórki gospodarza, wspólne cechy bakterii i eukariotow wyjaśnia transferem genów mitochondrialnych, wspólne cechy bakterii i archea zaś utratą genów przez ewoluującą komórkę eukariotyczną.