Ученые считают, что предки эукариот поглотили митохондрии лишь однажды (теория монофилетического происхождения) и с тех пор пользуются их услугами. При изучении митохондриальной ДНК и ее мутаций было сделано множество открытий. Например, раскрыт генез митохондриальных заболеваний, открыты «митохондриальная» Ева и «митохондриальная» Лилит – древние прародительницы большинства живущих людей.
Так как кислородное окисление происходит в митохондриях, то именно они первыми страдают от свободных радикалов. Мутации митохондриальной ДНК могут привести к нарушениям процесса клеточного дыхания, недостатку синтеза АТФ, нарушению всех энергетических процессов и даже к гибели клетки. Наиболее сильно страдают клетки, требующие большого количества энергии – нервные и мышечные. Поэтому митохондриальные болезни отличаются поражением нервной и мышечной системы.
2,5 миллиарда лет в атмосфере стал постепенно накапливаться кислород, выделяемый в процессе фотосинтеза. В то время атмосфера состояла из метана, водорода, аммиака и углекислого газа. Свободный кислород – очень активный окислитель. Вначале он расходовался на окисление газов и минералов, а потом стал накапливаться в атмосфере. Большинство анаэробных бактерий были неспособны существовать в атмосфере с повышенной концентрацией кислорода, поэтому это привело к массовому вымиранию жизни на планете. Простор для размножения получили аэробные бактерии, до этого ютившиеся на задворках, в аэробных карманах океана (содержавших ядовитый кислород).
К тому же появление свободного кислорода привело к появлению озонового слоя, который стал успешно задерживать ультрафиолетовое излучение Солнца, губительно действовавшее на белки и ДНК. Живые организмы получили возможность выйти из воды на сушу.
Но самое интересное заключается не в этом. Дело в том, что свободный кислород успешно окислил содержащееся в морской воде двухвалентное железо до биологически инертного трехвалентного железа и вывел его из круговорота биосферы. А надо сказать, что железо обладает уникальными электрохимическими свойствами, необходимыми для репликации ДНК и экспрессии генов, а также переноса кислорода. Двухвалентное железо жизненно необходимо клетке.
Именно недостаток железа привел к тому, что бактерии стали поглощать тела мертвых бактерий, позже стали охотиться на живых, а некоторые бактерии выбрали стратегию жить в другой клетке, используя ее железо. Развитие механизмов фагоцитоза и эндосимбиоза привело к появлению симбиотических союзов и полноценных многоклеточных организмов.