Prošlo je više od milijardu godina od pojave jednoćelijskih organizama do "pronalaska" ćelijskog jezgra i rađanja niza drugih inovacija. Tek tada se otvorio put prvim višećelijskim bićima, koja su dovela do tri carstva životinja, biljaka i gljiva. Evropski naučnici izneli su novo objašnjenje za ovu transformaciju, koje je u suprotnosti sa idejama koje su do sada postojale.

Prokarioti (prednuklearni jednoćelijski) rođeni su prije otprilike 3,8 milijardi godina. Napredniji organizmi - eukarioti (njihove ćelije sadrže jezgro) - nastali su prije više od dvije milijarde godina. A od njih je, prije otprilike milijardu godina, već započela evolucija višećelijskih stvorenja.

Sada su dva takva stvorenja – Nick Lane sa Univerzitetskog koledža u Londonu (UCL) i William Martin sa Instituta za botaniku na Univerzitetu u Dizeldorfu – razvila originalnu teoriju. Prema njemu, ispada da ključ za pojavu eukariota nije bio pronalazak jezgra (kako su naučnici tvrdili 70 godina), već pojava mitohondrija.

Općenito je prihvaćeno da su najprije savršenije nuklearne stanice rođene iz prokariota, oslanjajući se na stare energetske mehanizme, a tek kasnije regruti su dobili mitohondrije. Potonjima je pripisana važna uloga u daljoj evoluciji eukariota, ali ne i uloga kamena temeljca koji leži u samom njegovom temelju.

"Pokazali smo da prva opcija neće raditi. Da bi se razvila kompleksnost ćelije, potrebne su joj mitohondrije", objašnjava Martin. "Naša hipoteza pobija tradicionalno gledište da su za tranziciju u eukariotske ćelije potrebne samo odgovarajuće mutacije", ponavlja Lane.

Oni su zajedno evoluirali, a endosimbiont je postepeno usavršavao jednu vještinu, sintezu ATP-a. Unutrašnja ćelija se smanjila u veličini i prenijela neke od svojih sekundarnih gena u jezgro. Tako su mitohondrije zadržale samo onaj dio originalne DNK koji im je bio potreban da rade kao "živa elektrana".

Pojava mitohondrija u energetskom smislu može se uporediti sa izumom rakete nakon kolica, jer su nuklearne ćelije u prosjeku hiljadu puta veće zapremine od ćelija bez jezgra.

Potonje, čini se, takođe može rasti u veličini i složenosti uređaja (ovdje postoje izolirani upečatljivi primjeri). Ali na ovom putu, sićušna stvorenja imaju zamku: kako geometrijski rastu, omjer površine i zapremine brzo se smanjuje.

U međuvremenu, jednostavne ćelije stvaraju energiju uz pomoć membrane koja ih prekriva. Dakle, u velikoj prokariotskoj ćeliji može biti dosta mjesta za nove gene, ali ona jednostavno nema dovoljno energije da sintetizira proteine ​​prema ovim "uputstvima".

Jednostavno povećanje nabora vanjske membrane ne spašava posebno situaciju (iako su takve ćelije poznate). Ovim načinom povećanja snage povećava se i broj grešaka u radu. energetski sistem. U ćeliji se nakupljaju neželjeni molekuli koji je mogu uništiti.

Mitohondrije su briljantan izum prirode. Povećanjem njihovog broja moguće je povećati energetski potencijal ćelije bez povećanja njene vanjske površine. Štaviše, svaki mitohondrij takođe ima ugrađene mehanizme za kontrolu i popravku.

I još jedan plus inovacije: mitohondrijska DNK je mala i vrlo ekonomična. Za kopiranje nije potrebno mnogo resursa. Ali bakterije, da bi povećale svoje energetske sposobnosti, mogu stvoriti samo mnogo kopija svog cijelog genoma. Ali takav razvoj događaja brzo dovodi do energetskog ćorsokaka.

Autori rada su izračunali da prosječna eukariotska ćelija teoretski može nositi 200.000 puta više gena od prosječne bakterije. Eukariote možemo zamisliti kao biblioteku sa velikim brojem polica – ispunite je knjigama do mile volje. Pa, prošireni genom je osnova za dalje poboljšanje strukture ćelije i njenog metabolizma, pojavu novih regulatornih kola.

Prema Lane i Martinovim proračunima, za svaki gen u svom nasljednom kodu, eukarioti imaju četiri do pet redova veličine više energije od bakterija. Sa ove tačke gledišta, bakterije su na dnu energetskog ponora iz kojeg ne mogu pobjeći.

Prelazak ćelija na proizvodnju energije uz pomoć mitohondrija može se uporediti sa industrijskom revolucijom. Umjesto linearnog povećanja veličine manufakture, ćelije su napravile kvalitativnu promjenu: izgradile su "fabriku" i u nju postavile nizove specijalizovanih "mašina".

Stoga su, unatoč milijardama godina postojanja, prokarioti do danas ostali relativno jednostavna stvorenja, a eukarioti su odavno izmislili nova sredstva za prijenos signala između stanica i zakoračili prema višećelijskim oblicima života. Mi sa vama.

Teorija evropskih naučnika, inače, takođe može biti korisna u proceni verovatnoće postojanja složenih oblika života na drugim svetovima.

Činjenica je da su primjeri apsorpcije drugih stanica od strane bakterija izuzetno rijetki. To znači da, nakon što se jednom pojavi, život može trajati mnogo eona u jednostavnoj jednoćelijskoj fazi. Sve dok joj srećna pauza ne pomogne da izume tvornice unutarćelijske energije. "Osnovni principi su univerzalni. Čak i vanzemaljcima su potrebni mitohondriji", zaključuje Lane.

Opće informacije

prokarioti(lat. Procariota, od lat. pro- "prije", "prije" i grčki. karyon- "jezgro"), ili nenuklearni- jednoćelijski živi organizmi koji nemaju (za razliku od) formalizirano ćelijsko jezgro.

Prokariotske stanice karakterizira odsustvo nuklearne ovojnice, DNK se pakira bez sudjelovanja histona.

Genetski materijal prokariota predstavlja jedan molekul DNK zatvoren u prsten, postoji samo jedan replikon. U ćelijama nema organela koje imaju membransku strukturu.

Karakteristične karakteristike prokariota

• Nedostatak formalizovanog jezgra
• Prisustvo flagela, plazmida i gasnih vakuola
• Strukture u kojima se odvija fotosinteza - hlorosomi
• Oblici reprodukcije- aseksualni način, dolazi do pseudoseksualnog procesa, uslijed kojeg dolazi samo do razmjene genetskih informacija, bez povećanja broja ćelija.
• Veličina ribosoma- 70-e.

Evolucija prokariota

Prema drugoj teoriji, kao takav, zajednički predak nije postojao, a prve protozoe koje su živjele u to vrijeme, uz pomoć horizontalnog prijenosa gena između sebe, neprestano su evoluirale. Pretpostavlja se da je u najranijim fazama evolucije postojala neka vrsta zajedničke genetske "komunalne ekonomije". Slika evolucijskih veza u svijetu predaka prokariota nije bila toliko drvo koliko neka vrsta micelija s isprepletenom mrežom horizontalnih prijenosa u najrazličitijim i neočekivanim smjerovima. Kako su organizmi postajali složeniji i razvijali se mehanizmi seksualne reprodukcije i reproduktivne izolacije, horizontalni prijenos je postajao sve rijeđi. Istovremeno, zahvaljujući virusima bakteriofaga, bakterije imaju i jednostavan imuni sistem.

Za razliku od eukariotske ćelije, prokariotska ćelija stvara energiju ne uz pomoć mitohondrija (koji joj nedostaju), nego sa membranom koja ih pokriva. Kao rezultat, prokariotska stanica nema dovoljno energije za sintezu proteina. Jednostavno povećanje nabora vanjske membrane ne spašava posebno situaciju (iako su takve ćelije poznate). Ovakvim načinom povećanja snage povećava se i broj grešaka u radu energetskog sistema. U ćeliji se nakupljaju neželjeni molekuli koji je mogu uništiti. Sve je to dovelo do činjenice da su prokariotske ćelije ostale hiljade puta manje od eukariotskih i da je njihov genomski materijal nekoliko puta manji od savršenijih eukariota.

Podjela klasifikacije prokariota:

Pod-imperija:
Kraljevstvo:	prokarioti
Kraljevstvo:	bakterije	Archaea

Evolucija ćelijskih organizama

Pojava prvih ćelijskih organizama: prije više od 4 milijarde godina

Prvi najjednostavniji jednoćelijski organizmi (prokarioti) pojavili su se prije više od 4 milijarde godina.Nedavno su pronađeni tragovi složenih ćelijskih struktura koje datiraju od najmanje 3,86 milijardi godina u najstarijim arhejskim sedimentnim stijenama na Zemlji, pronađenim na jugozapadu Grenlanda.

Prema jednoj od teorija, prije oko 4,1 - 3,6 milijardi godina tokom eoarhejskog perioda, od raznolikosti jednoćelijskih živih bića (prokariota) koja su postojala u to vrijeme (Sl. 1), naš prvi zajednički predak koji je tada živio podijeljen je na nekoliko grane, koje su potom, zauzvrat, podijeljene na trenutno postojeća carstva (životinje, biljke, gljive, protisti, kromisti, bakterije, arheje i virusi). Vremenom, ostali stanovnici tog perioda nisu mogli da izdrže konkurenciju sa njima i nestali su sa lica Zemlje.

Prema drugoj teoriji, kao takav, zajednički predak nije postojao, a prve protozoe koje su živjele u to vrijeme, uz pomoć horizontalnog prijenosa gena između sebe, neprestano su evoluirale. Pretpostavlja se da je u najranijim fazama evolucije postojala neka vrsta zajedničke genetske "komunalne ekonomije". Slika evolucijskih veza u svijetu predaka prokariota nije bila toliko drvo koliko neka vrsta micelija s isprepletenom mrežom horizontalnih prijenosa u najrazličitijim i neočekivanim smjerovima. Kako su organizmi postajali složeniji i razvijali se mehanizmi seksualne reprodukcije i reproduktivne izolacije, horizontalni prijenos je postajao sve rijeđi (slika 2). Istovremeno, zahvaljujući virusima bakteriofaga, kod bakterija se pojavljuje najjednostavniji imuni sistem.

U isto vrijeme dolazi do simbiogeneze - mitohondrije i plastidi, u obliku nezavisnih jednoćelijskih organizama koji su postojali u to vrijeme, postaju dio veće ćelije koja postaje endosimbionti. Postepeno su izgubili sposobnost samostalnog postojanja i pretvorili se u organele . R razvijajući se zajedno, endosimbiont je postepeno usavršavao jednu vještinu - sintezu ATP . Unutrašnja ćelija se smanjila u veličini i prenijela neke od svojih sekundarnih gena u jezgro. Tako su mitohondrije zadržale samo onaj dio originalne DNK koji im je bio potreban da rade kao "živa elektrana".

To je dovelo do pojave u paleoproterozojskoj eri (prije više od 2 milijarde godina) prvih eukariota s jezgrom i koji su bili preci modernih životinja, biljaka, protista i kromista.

Sljedećih skoro 1,5 milijardi godina jednoćelijski organizmi su besprijekorno vladali na našoj planeti, sve dok se u edikarijskom periodu nisu pojavila prva višećelijska stvorenja prije oko 630 miliona godina. U početku su protozojski hoanoflagelati, za koje se vjeruje da su na granici između jednostanične i višećelijske, spojeni u višećelijske strukture, formirajući embrionalne kolonije samo uz pomoć bakterijskog lipida, koji se dobiva iz pojedenih bakterija. Sljedeći korak bila je pojava u istom periodu prvih pravih višećelijskih makroorganizama - ti organizmi su se pojavili na Zemlji odmah nakon marinoanske glacijacije - jedne od faza globalne glacijacije, kada je naša planeta bila potpuno prekrivena ledom dugi niz milijuna godina. Ovakvi neobični oblici se nikada neće pojaviti u prirodi. U osnovi, to su organizmi mekog tijela, koji se sastoje od pojedinačnih fraktala. Veličine tijela su im se kretale od jednog centimetra do jednog metra. Izgledali su toliko neobično da su se naučnici dugo vremena raspravljali kojem kraljevstvu - biljkama ili životinjama mogu se pripisati.

Prije oko 480-460 miliona godina, u siluru, prve biljke su se pojavile na kopnu (prema drugim izvorima, to se dogodilo u gornjem kambriju prije 499-488 miliona godina), a 50 miliona godina kasnije, u devonskom periodu, prve životinje (iako postoje podaci koji pokazuju da su prve kopnene životinje živjele u siluru (sl. 3) ili čak vendskom periodu). Nakon toga je počeo brzi razvoj svih vrsta živih bića, čiji smo potomci.

Klasifikacija divizije:

Gdje se može vidjeti život kakav je bio u vrijeme svog rođenja? Poznati filmski režiser James Cameron uvjeren je da se to može postići potapanjem na dno Marijanskog rova. Ekosistemi koje je hrabri putnik tamo otkrio podsjećaju na one koji su postojali na našoj planeti prije više od tri milijarde godina.

James Cameron je u sklopu svog novog rada došao do neočekivanog otkrića: na dnu Marijanske brazde, na dubini od 10,9 kilometara, žive mikrobne prostirke - biofilmovi koji se hrane supstancama koje izvlače iz sedimenata dna. Slična staništa i procesi koji se u njima odvijaju, smatraju istraživači, u davna vremena izazvali su hemijsku reakciju, usled čega je na Zemlji, a možda i na drugim mestima Solarni sistem pojavili su se prvi živi organizmi.

"Mislimo da ova hemijska reakcija može biti u osnovi metabolizma", kaže Kevin Hand, astrobiolog iz kalifornijske Laboratorije za mlazni pogon (JPL). pokretačka snaga koji je dao povoda za život. Možda ne samo ovdje, već i na svjetovima poput Evrope (Jupiterov ledeni mjesec)."

Misija Cameron Deepsea Challenger izvršila je niz zarona, uključujući jedno s ljudskom posadom, u Marijansku brazdu između 31. januara i 3. aprila ove godine. Cameron je lično zaronio u morske dubine. Spustivši se na dno, režiser se nije samo divio okolnom pejzažu: Cameron je uzeo uzorke tla i napravio nekoliko slika. Idući gore, Cameron je novinarima rekao da je dolje prilično tmurno, a dno izgleda kao površina mjeseca. Međutim, za razliku od beživotnog satelita Zemlje, život još uvijek vreba u hladnim dubinama okeana.

Bakterijski prostirke koje su pronašli istraživači predstavljaju prilično uobičajen ekosistem prokariota od davnina. Iako ga neki istraživači smatraju analogom višećelijskog organizma, bakterije koje čine "ćilim" su bolno usklađene. Otirač u pravilu objedinjuje nekoliko grupa "uskih" stručnjaka: neki, na primjer, razgrađuju samo sumporovodik, drugi preferiraju sulfide, treći sulfate, itd. Dakle, prostirka "radi", koristeći gotovo sve resurse u obliku hemijskih spojeva koji su u okolini, a članovi ove kolonije dijele jedni s drugima organsku materiju koja nastaje ovom raznolikom kemosintezom.

Zanimljivo je i da je često "otpad" nekih bakterija koje čine prostirku koristan resurs Za druge. To se lako može pokazati na primjeru kohabitacije dviju grupa bakterija - fotosintetičara sumporovodika i reduktora sulfata. Prvi od njih može fotosintetizirati koristeći ne kisik, kao više biljke, već sumporovodik. Međutim, nusproizvod njihove aktivnosti su oksidi sumpora, koji, kada se uđu u vodu, odmah formiraju sumpornu kiselinu, a zatim i sulfate. Ovi sulfati su poželjna hrana za reduktore sulfata, koji ih redukuju vodonikom. Ali nusproizvod ovog procesa je sumporovodik, koji koristi prva grupa bakterija.

Dakle, ako dvije grupe ovih bakterija žive unutar iste prostirke, onda one čine potpuno samodovoljan ekosistem. A ako im dodamo bakterije koje oksidiraju metan kao donore vodika (oni oksidiraju metan sa stvaranjem ugljičnog dioksida i molekularnog vodika) i metonogene bakterije, koje koriste ugljen-dioksid i molekularni vodik proizveden od strane oksidatora metana, kao nusproizvod dobijaju isti metan koji je prvoj grupi toliko potreban, a zatim " ekonomska aktivnost"postat će još uravnoteženiji. Tada ne morate ići daleko po vodonik, drugi članovi kolonije ga mogu snabdjeti. Jednom riječju, prostirka je praktično postrojenje bez otpada, što ljudi još nisu mogli stvori, pa, priroda ga je rodila prije više od tri milijarde godina!

U Marijanskom rovu, kako su pokazali rezultati ekspedicije, ne žive samo mikrobni "ćilimi" - tamo je primijećeno i nekoliko drugih predstavnika životinjskog svijeta koji su dosad bili nepoznati nauci. Na primjer, džinovski 17 cm amfipodni rakovi ( Amphipoda), u Rusiji se zovu amfipodi, izvana su vrlo slični škampima. Istraživanje ovih rakova pokazalo je da njihovo tijelo sadrži spojeve koji pomažu tkivima da rade efikasnije pod ekstremno visokim pritiskom.

"Jedno od ovih jedinjenja je sciloinozitol, koji je po sastavu identičan lijeku koji se trenutno testira da uništi amiloidne plakove koji su povezani s Alchajmerovom bolešću", rekao je Doug Bartlett, mikrobiolog sa Scripps instituta za oceanografiju na Univerzitetu Kalifornije. , San Dijego. Još 20 hiljada mikroba uzetih iz Marijanskog rova ​​čeka na red istraživača.

Još jedan "pridošlica" pronađen je na dubini od 8,2 kilometra u Novom britanskom rovu kod obale Papue Nove Gvineje. Ispostavilo se da je to predstavnik morskih krastavaca, ili holoturijana ( Holothurioidea) - smiješna stvorenja iz grupe bodljokožaca ( Echinodermata). "Postojali su u tim dubinama i u prošlosti, ali nisu snimljeni na filmu. Jednog smo od njih vidjeli i mislimo da on predstavlja nova vrsta", - kaže Bartlett. A zidovi oluka ukrašeni su ogromnim brojem žiravih crva, dubokomorskih beskičmenjaka koji svojim spiralnim izmetom prekrivaju dno šupljine. "Ako nikada niste razmišljali o crvima s ljubavlju, onda nakon što pogledate ovaj video, svidjet će vam se", uvjerava Bartlett.

Cameronov video prikazuje ne samo stanovnike dubokog mora, već i najstarije morsko dno na planeti. Prije sto osamdeset miliona godina, kada su dinosaurusi još hodali Zemljom, stijene na dnu Marijanskog rova ​​bile su usijana lava. A snimak koji je režiser snimio u rovu Nove Engleske može biti rekord za dubinu lava jastuka, kaže pomorski geolog Patty Fryer sa Univerziteta Hawaii u Honoluluu.

Izmijenjene stijene koje hrane mikrobne prostirke dio su mladih tektonskih ploča koje leže na vrhu drevnog morskog dna pacifik. Marijanski rov je zona subdukcije u kojoj su se sudarile dvije tektonske ploče i jedna od njih puzala preko druge. Voda koja prodire kroz hrpe kamenja mijenja sastav stijena kroz serpentinizaciju. Tokom ovog procesa nastaju sumpor, metan i vodonik koji bakterijama daje hranu.

IN poslednjih godina naučnici su skloni vjerovati da je rani život na Zemlji nastao prije oko četiri milijarde godina u zonama subdukcije poput Marijanskog rova. Temperature su bile niže u ovim koritima, a serpentinizovane stene davale su neophodan podsticaj za hemijsku reakciju koja je dovela do rađanja života.

"Ti rovovi bi mogli biti mjesto gdje je život počeo", kaže Cameron. "Ovu misteriju treba riješiti. Nadam se da još uvijek ronimo." Za sada nisu planirani novi zaroni, ali, prema riječima direktora, podmornice i spustarska dubokomorska vozila su u ispravnom stanju i sada se nalaze na teritoriji njegove vile.

Ima dugu istoriju. Sve je počelo prije otprilike 4 milijarde godina. Zemljina atmosfera još nema ozonski omotač, koncentracija kiseonika u vazduhu je veoma niska i na površini planete se ništa ne čuje, osim erupcije vulkana i buke vetra. Naučnici vjeruju da je tako izgledala naša planeta kada je na njoj počeo da se pojavljuje život. Ovo je veoma teško potvrditi ili demantovati. Stijene koje bi ljudima mogle dati više informacija srušile su se davno, zahvaljujući geološkim procesima planete. Dakle, glavne faze evolucije života na Zemlji.

Evolucija života na Zemlji. jednoćelijskih organizama.

Život je započeo pojavom najjednostavnijih oblika života - jednoćelijskih organizama. Prvi jednoćelijski organizmi su bili prokarioti. Ovi organizmi su se prvi put pojavili nakon što je Zemlja postala pogodna za početak života. ne bi dozvolio da se na njegovoj površini i u atmosferi pojave čak ni najjednostavniji oblici života. Ovom organizmu nije bio potreban kiseonik za svoje postojanje. Povećana je koncentracija kiseonika u atmosferi, što je dovelo do pojave eukarioti. Za ove organizme kisik je postao glavna stvar za život, u okruženju gdje je koncentracija kisika bila niska, nisu preživjeli.

Prvi organizmi sposobni za fotosintezu pojavili su se milijardu godina nakon pojave života. Ovi fotosintetski organizmi su bili anaerobne bakterije. Život se postepeno počeo razvijati, a nakon što je opao sadržaj dušičnih organskih spojeva, pojavili su se novi živi organizmi koji su mogli koristiti dušik iz Zemljine atmosfere. Takva su stvorenja bila plavo-zelene alge. Evolucija jednoćelijskih organizama dogodila se nakon strašnih događaja u životu planete i svi stupnjevi evolucije su bili zaštićeni pod magnetsko polje zemlja.

Vremenom su najjednostavniji organizmi počeli da razvijaju i poboljšavaju svoj genetski aparat i razvijaju metode svoje reprodukcije. Zatim je u životu jednoćelijskih organizama došlo do prijelaza na podjelu njihovih generativnih stanica na muške i ženske.

Evolucija života na Zemlji. višećelijskih organizama.

Nakon pojave jednoćelijskih organizama, pojavili su se složeniji oblici života - višećelijskih organizama. Evolucija života na planeti Zemlji dobila je složenije organizme, koje karakterizira složenija struktura i složene prijelazne faze života.

Prva faza života Kolonijalni jednoćelijski stadijum. Prijelaz iz jednoćelijskih organizama u višećelijske organizme, struktura organizama i genetski aparat postaje složeniji. Ova faza se smatra najlakšom u životu. višećelijskih organizama.

Druga faza života Primarni diferencirani stadij. Složeniju fazu karakterizira početak principa "podjele rada" između organizama jedne kolonije. U ovoj fazi došlo je do specijalizacije tjelesnih funkcija na nivou tkiva, organa i sistem-organa. Zahvaljujući tome, nervni sistem se počeo formirati u jednostavnim višećelijskim organizmima. Sistem još nije imao nervni centar, ali postoji centar za koordinaciju.

Treća faza života Centralizovano-diferencirana faza. Tokom ove faze, morfofiziološka struktura organizama postaje složenija. Do poboljšanja ove strukture dolazi jačanjem specijalizacije tkiva, usložnjavaju se prehrambeni, ekskretorni, generativni i drugi sistemi višećelijskih organizama. Nervni sistem ima dobro definisan nervni centar. Poboljšavaju se metode reprodukcije - od vanjske do unutrašnje oplodnje.

Zaključak treće faze života višećelijskih organizama je pojava čovjeka.

Svijet povrća.

Evolucijsko stablo najjednostavnijih eukariota bilo je podijeljeno u nekoliko grana. Pojavile su se višećelijske biljke i gljive. Neke od ovih biljaka mogle su slobodno plutati na površini vode, dok su druge bile pričvršćene za dno.

psilofiti- biljke koje su prve ovladale zemljom. Zatim su nastale druge grupe kopnenih biljaka: paprati, mahovine i druge. Ove biljke se razmnožavaju sporama, ali preferiraju vodena staništa.

Biljke su dostigle veliku raznolikost u periodu karbona. Biljke su se razvile i mogle su dostići visinu i do 30 metara. U ovom periodu pojavile su se prve golosemenke. Likosform i kordaiti mogu se pohvaliti najvećom rasprostranjenošću. Kordaiti su ličili oblikom na deblo četinarske biljke i imao dugačke listove. Nakon ovog perioda, površina Zemlje je bila raznolika sa raznim biljkama koje su dostizale 30 metara visine. Kasnije veliki broj Vremenom je naša planeta postala slična onoj koju sada poznajemo. Sada na planeti postoji ogromna raznolikost životinja i biljaka, pojavio se čovjek. Čovek, kao racionalno biće, nakon što je stao „na noge“ posvetio je svoj život učenju. Zagonetke su počele zanimati osobu, kao i ono najvažnije - odakle je osoba došla i zašto postoji. Kao što znate, još uvijek nema odgovora na ova pitanja, postoje samo teorije koje su jedna drugoj u suprotnosti.

Procvat eukariota na Zemlji počeo je prije oko milijardu godina, iako se prvi od njih pojavio mnogo ranije (vjerovatno prije 2,5 milijarde godina). Porijeklo eukariota moglo bi se povezati s prisilnom evolucijom prokariotskih organizama u atmosferi koja je počela sadržavati kisik.

Simbiogeneza - glavna hipoteza porijekla eukariota

Postoji nekoliko hipoteza o načinima nastanka eukariotskih ćelija. Najpopularniji - simbiotska hipoteza (simbiogeneza). Prema njenim riječima, eukarioti su nastali kao rezultat spajanja u jednoj ćeliji različitih prokariota, koji su prvo ušli u simbiozu, a zatim, sve više i više specijalizirajući, postali organele jedne ćelije organizma. U najmanju ruku, mitohondrije i hloroplasti (plastidi općenito) imaju simbiotsko porijeklo. Evoluirali su od bakterijskih simbionta.

Ćelija domaćin bi mogla biti relativno veliki anaerobni heterotrofni prokariot sličan amebi. Za razliku od drugih, mogao je steći sposobnost hranjenja fagocitozom i pinocitozom, što mu je omogućilo da uhvati druge prokariote. Nisu svi probavljeni, već su vlasnika opskrbljivali proizvodima svoje vitalne aktivnosti). Zauzvrat, iz njega su dobijali hranljive materije.

Mitohondrije su evoluirale iz aerobnih bakterija i omogućile ćeliji domaćinu da pređe na aerobno disanje, koje je ne samo mnogo efikasnije, već i olakšava postojanje u atmosferi koja sadrži dovoljno veliku količinu kiseonika. U takvom okruženju aerobni organizmi dobijaju prednost u odnosu na anaerobne.

Kasnije su se drevni prokarioti slični živim plavo-zelenim algama (cijanobakterijama) naselili u nekim ćelijama. Oni su postali hloroplasti, što je dovelo do evolucijske grane biljaka.

Osim mitohondrija i plastida, eukariotske flagele mogu imati simbiotsko porijeklo. Pretvorile su se u simbionte-bakterije poput modernih spiroheta sa flagelom. Vjeruje se da su kasnije centriole, tako važne strukture za mehanizam diobe stanica kod eukariota, nastale iz bazalnih tijela bičaka.

Endoplazmatski retikulum, Golgijev kompleks, vezikule i vakuole mogli su nastati iz vanjske membrane nuklearnog omotača. S druge tačke gledišta, neke od navedenih organela mogle su nastati pojednostavljenjem mitohondrija ili plastida.

U mnogim aspektima, pitanje porijekla jezgra ostaje nejasno. Može li se formirati i od simbiontskog prokariota? Količina DNK u jezgri modernih eukariota je višestruko veća od njene količine u mitohondrijima i hloroplastima. Možda su se neke genetske informacije potonjeg na kraju preselile u jezgro. Takođe u procesu evolucije došlo je do daljeg povećanja veličine nuklearnog genoma.

Osim toga, u simbiotičkoj hipotezi o porijeklu eukariota, nije sve tako jednoznačno sa ćelijom domaćinom. Možda nisu bili jedna vrsta prokariota. Koristeći metode poređenja genoma, naučnici zaključuju da je ćelija domaćin bliska arheji, a kombinuje karakteristike arheje i niza nepovezanih grupa bakterija. Iz ovoga možemo zaključiti da je do pojave eukariota došlo u složenoj zajednici prokariota. Istovremeno, proces je najvjerovatnije započeo s metanogenom arhejom, koja je ušla u simbiozu s drugim prokariotima, što je uzrokovano potrebom za životom u okruženju kisika. Pojava fagocitoze doprinijela je prilivu stranih gena, te je formirano jezgro da zaštiti genetski materijal.

Molekularna analiza je pokazala da su razni eukariotski proteini izvedeni iz različite grupe prokarioti.

Dokazi za simbiogenezu

U prilog simbiotskom porijeklu eukariota ide i činjenica da mitohondrije i hloroplasti imaju svoju DNK, osim toga, kružnu i nije povezana sa proteinima (to je slučaj i sa prokariotima). Međutim, geni mitohondrija i plastida imaju introne, koje prokarioti nemaju.

Plastide i mitohondrije ćelija ne reproducira od nule. Nastaju od već postojećih sličnih organela njihovom podjelom i naknadnim rastom.

Trenutno postoje amebe koje nemaju mitohondrije, već imaju simbiontske bakterije. Postoje i protozoe koje kohabitiraju s jednoćelijskim algama, koje djeluju kao hloroplasti u ćeliji domaćinu.

Invaginaciona hipoteza porekla eukariota

Osim simbiogeneze, postoje i drugi pogledi na porijeklo eukariota. Na primjer, hipoteza invaginacije. Prema njenim riječima, predak eukariotske ćelije nije bio anaerobni, već aerobni prokariot. Drugi prokarioti bi se mogli vezati za takvu ćeliju. Tada su njihovi genomi kombinovani.

Jedro, mitohondrije i plastidi nastali su invaginacijom i spajanjem dijelova ćelijske membrane. Vanzemaljska DNK je ušla u ove strukture.

Komplikacija genoma nastala je u procesu dalje evolucije.

Invaginaciona hipoteza o porijeklu eukariota dobro objašnjava prisustvo dvostruke membrane u organelama. Međutim, to ne objašnjava zašto je sistem biosinteze proteina u hloroplastima i mitohondrijima sličan prokariotskom, dok onaj u nuklearno-citoplazmatskom kompleksu ima ključne razlike.

Razlozi evolucije eukariota

Sva raznolikost života na Zemlji (od protozoa do kritosjemenjača i sisara) dala je ćelije eukariotskog, a ne prokariotskog tipa. Postavlja se pitanje zašto? Očigledno je da su brojne karakteristike koje su se pojavile kod eukariota značajno povećale njihove evolucijske sposobnosti.

Prvo, eukarioti imaju nuklearni genom koji je mnogo puta veći od količine DNK u prokariotima. U isto vrijeme, eukariotske stanice su diploidne, osim toga, određeni geni se ponavljaju mnogo puta u svakom haploidnom skupu. Sve to, s jedne strane, osigurava veliku varijabilnost mutacije, a s druge strane smanjuje opasnost od naglog smanjenja održivosti kao rezultat štetne mutacije. Dakle, eukarioti, za razliku od prokariota, imaju rezervu nasljedne varijabilnosti.

Eukariotske ćelije imaju složeniji mehanizam regulacije vitalne aktivnosti, imaju znatno više različitih regulatornih gena. Osim toga, molekuli DNK formirali su komplekse sa proteinima, što je omogućilo da se nasljedni materijal pakuje i raspakuje. Sve zajedno, to je omogućilo čitanje informacija u dijelovima, u različite kombinacije i količina u različito vrijeme. (Dok se skoro sve informacije o genomu transkribiraju u prokariotskim ćelijama, manje od polovine se obično transkribuje u eukariotskim ćelijama.) Zahvaljujući tome, eukarioti bi se mogli specijalizovati, bolje se prilagoditi.

Eukarioti su razvili mitozu, a zatim mejozu. Mitoza omogućava reprodukciju genetski sličnih ćelija, a mejoza uvelike povećava kombinativnu varijabilnost, što ubrzava evoluciju.

Važnu ulogu u prosperitetu eukariota imalo je aerobno disanje koje je stekao njihov predak (iako ga imaju i mnogi prokarioti).

U zoru svoje evolucije, eukarioti su dobili elastičnu membranu koja je pružala mogućnost fagocitoze i flagele koje su im omogućavale kretanje. To je omogućilo da se jede efikasnije.

Ruski paleontolozi postavili su bombu pod tradicionalnim pogledima na porijeklo života na planeti. Istorija Zemlje se mora ponovo napisati.

Smatra se da je život na našoj planeti nastao prije oko 4 milijarde godina. A prvi stanovnici Zemlje bile su bakterije. Milijarde pojedinačnih pojedinaca formirale su kolonije koje su prekrivale ogromna prostranstva morskog dna živim filmom. Drevni organizmi bili su u stanju da se prilagode realnosti surove stvarnosti. Visoke temperature a anoksična sredina su uslovi pod kojima bi se radije umrlo nego da bi ostalo u životu. Ali bakterije su preživjele. Jednoćelijski svijet mogao se prilagoditi agresivnom okruženju zbog svoje jednostavnosti. Bakterija je ćelija koja u sebi nema jezgro. Takvi organizmi se nazivaju prokarioti. Sljedeći krug evolucije povezan je s eukariotima - stanicama s jezgrom. Prelazak života u sljedeću fazu razvoja dogodio se, u što su naučnici bili uvjereni donedavno, prije oko 1,5 milijardi godina. Ali danas su mišljenja stručnjaka o ovom datumu podijeljena. Razlog za to bila je senzacionalna izjava istraživača sa Paleontološkog instituta Ruske akademije nauka.

Daj mi vazduha!

Prokarioti su igrali važnu ulogu u istoriji evolucije biosfere. Bez njih ne bi bilo života na Zemlji. Ali svijet bića bez nuklearne energije bio je lišen mogućnosti da se progresivno razvija. Ono što su prokarioti bili prije 3,5-4 milijarde godina, ostali su skoro isti do danas. Prokariotska ćelija nije u stanju da stvori složen organizam. Da bi evolucija krenula dalje i stvorila složenije oblike života bila je potrebna druga, savršenija vrsta ćelije - ćelija sa jezgrom.

Pojavi eukariota prethodio je jedan vrlo važan događaj: Kiseonik se pojavio u Zemljinoj atmosferi. Ćelije bez jezgra mogle bi živjeti u okruženju bez kisika, ali eukarioti više ne bi mogli. Prvi proizvođači kiseonika, najvjerovatnije, bile su cijanobakterije, koje su pronađene efikasan metod fotosinteza. Šta bi on mogao biti? Ako su prije toga bakterije koristile sumporovodik kao donora elektrona, onda su u nekom trenutku naučile kako dobiti elektron iz vode.

„Prelazak na korišćenje tako gotovo neograničenog resursa kao što je voda otvorio je evolucione mogućnosti za cijanobakterije“, kaže Aleksandar Markov, istraživač na Paleontološkom institutu Ruske akademije nauka. Umjesto uobičajenog sumpora i sulfata, kisik se počeo oslobađati tokom fotosinteze. A onda je, kako kažu, počelo najzanimljivije. Pojava prvog organizma sa ćelijskim jezgrom otvorila je široke mogućnosti za evoluciju cijelog života na Zemlji. Razvoj eukariota doveo je do pojave tako složenih oblika kao što su biljke, gljive, životinje i, naravno, ljudi. Svi imaju istu vrstu ćelije, u čijem je središtu jezgro. Ova komponenta je odgovorna za skladištenje i prijenos genetskih informacija. On je također utjecao na to da su se eukariotski organizmi počeli razmnožavati spolnom reprodukcijom.

Biolozi i paleontolozi proučavali su eukariotsku ćeliju što je moguće detaljnije. Pretpostavljali su da znaju i vrijeme nastanka prvih eukariota. Stručnjaci su nazvali brojke prije 1-1,5 milijardi godina. Ali odjednom se pokazalo da se ovaj događaj dogodio mnogo ranije.

neočekivano otkriće

Davne 1982. paleontolog Boris Timofejev sproveo je zanimljivo istraživanje i objavio svoje rezultate. U arhejskim i donjem proterozojskim stijenama (2,9-3 milijarde godina) na teritoriji Karelije otkrio je neobične fosilizirane mikroorganizme veličine oko 10 mikrometara (0,01 milimetar). Većina nalaza imala je sferični oblik, čija je površina bila prekrivena naborima i šarama. Timofejev je sugerirao da je otkrio akritarhe - organizme koji su klasifikovani kao predstavnici eukariota. Ranije su paleontolozi pronašli slične uzorke organske tvari samo u mlađim naslagama - starim oko 1,5 milijardi godina. Naučnik je pisao o ovom otkriću u svojoj knjizi. "Kvalitet štampe tog izdanja bio je jednostavno užasan. Iz ilustracija je generalno bilo nemoguće bilo šta razumjeti. Slike su bile mutne sive mrlje", kaže Aleksandar Markov, "pa nije iznenađujuće što je većina čitalaca, nakon što je prelistala ovo djelo, bacila na stranu, sigurno o tome da ga zaboravim." Senzacija, kao što se često dešava u nauci, ležala je dugi niz godina na polici za knjige.

Direktor Paleontološkog instituta Ruske akademije nauka, doktor geoloških i mineraloških nauka, dopisni član Ruske akademije nauka Aleksej Rozanov sasvim slučajno se prisjetio Timofejevljevog rada. Odlučio je još jednom, koristeći moderne uređaje, istražiti kolekciju karelijskih primjeraka. I vrlo brzo se uvjerio da pred sobom zaista ima organizme slične eukariotima. Rozanov je siguran da je nalaz njegovog prethodnika - važno otkriće, što je dobar razlog za reviziju postojećih pogleda na vrijeme prve pojave eukariota. Vrlo brzo, hipoteza je imala pristalice i protivnike. Ali čak i oni koji dijele Rozanovljeve stavove o ovom pitanju govore suzdržano: "U principu je moguća pojava eukariota prije 3 milijarde godina. Ali to je teško dokazati", smatra Aleksandar Markov. Prosječna veličina prokarioti se kreću od 100 nanometara do 1 mikrona, eukarioti - od 2-3 do 50 mikrona. Zapravo, dimenzionalni intervali se preklapaju. Istraživači često pronalaze primjerke i divovskih prokariota i sićušnih eukariota. Veličina nije 100% dokaz.Zaista nije lako testirati hipotezu.Nema više uzoraka eukariotskih organizama u svijetu izvađenih iz arhejskih naslaga.Takođe nije moguće upoređivati ​​drevne artefakte sa njihovim savremenim pandanima, jer su potomci akritarha nije opstala do danas.

Revolucija u nauci

Ipak, oko Rozanovljeve ideje podigla se velika galama u naučnoj zajednici. Neko kategorički ne prihvata pronalazak Timofejeva, jer je siguran da pre 3 milijarde godina na Zemlji nije bilo kiseonika. Drugi su zbunjeni temperaturnim faktorom. Istraživači vjeruju da da su se eukariotski organizmi pojavili u vrijeme Arhejaca, onda bi, grubo govoreći, odmah bili kuhani. Aleksej Rozanov kaže sledeće: "Obično se parametri kao što su temperatura, količina kiseonika u vazduhu i salinitet vode određuju na osnovu geoloških i geohemijskih podataka. Ja predlažem drugačiji pristup. Prvo, procenite nivo biološke organizacije na osnovu paleontoloških nalaza. Zatim na osnovu ovih podataka utvrditi koliko je kisika trebalo sadržavati u Zemljinoj atmosferi da bi se jedan ili drugi oblik života mogao osjećati normalno. Ako su se pojavili eukarioti, onda je kisik već trebao biti prisutan u atmosferi, u području od nekoliko posto trenutnog nivoa. Ako se pojavi crv, sadržaj kisika bi trebao biti već desetine posto. Dakle, moguće je napraviti grafikon koji odražava pojavu organizama različitim nivoima organizacija u zavisnosti od povećanja kiseonika i smanjenja temperature." Aleksej Rozanov je sklon da što više odgurne trenutak pojave kiseonika i da maksimalno smanji temperaturu drevne Zemlje.

Ako je moguće dokazati da je Timofejev pronašao fosilizirane mikroorganizme slične eukariotima, to će značiti da će u bliskoj budućnosti čovječanstvo morati promijeniti uobičajenu ideju o toku evolucije. Ova činjenica će nam omogućiti da kažemo da se život na Zemlji pojavio mnogo ranije nego što se očekivalo. Osim toga, ispostavilo se da je potrebno revidirati evolucijsku hronologiju života na Zemlji, koja je, ispostavilo se, skoro 2 milijarde godina starija. Ali u ovom slučaju ostaje nejasno kada, gdje, u kojoj fazi razvoja je došlo do prekida u evolucijskom lancu ili zašto je njegov tok usporen. Drugim rečima, potpuno je nejasno šta se dešavalo na Zemlji 2 milijarde godina, gde su se eukarioti sve ovo vreme krili: previše bele mrlje se formira u istoriji naše planete. Potrebna je još jedna revizija prošlosti, a ovo je kolosalan posao u svom obimu, koji, možda, nikada neće završiti.

MIŠLJENJA

Doživotno

Vladimir Sergejev, doktor geologije i mineralogije, vodeći istraživač na Geološkom institutu Ruske akademije nauka:

Po mom mišljenju, sa ovakvim zaključcima treba biti oprezniji. Podaci Timofejeva su zasnovani na materijalu sa sekundarnim izmenama. I to je glavni problem. Ćelije organizama sličnih eukariotima su hemijski degradirane i bakterije su ih mogle uništiti. Smatram da je neophodno preispitati nalaze Timofejeva. Što se tiče vremena pojave eukariota, većina stručnjaka vjeruje da su se pojavili prije 1,8-2 milijarde godina. Postoje neki nalazi čiji biomarkeri ukazuju na pojavu ovih organizama prije 2,8 milijardi godina. U principu, ovaj problem je povezan sa pojavom kiseonika u Zemljinoj atmosferi. Općenito je prihvaćeno da je nastala prije 2,8 milijardi godina. A Aleksej Rozanov vraća ovo vreme na 3,5 milijardi godina. Sa moje tačke gledišta, to nije tačno.

Aleksandar Belov, paleoantropolog:

Sve što nauka danas pronalazi samo je djelić materijala koji još uvijek postoji na planeti. Preživjeli oblici su vrlo rijetki. Činjenica je da su za očuvanje organizama neophodni posebni uslovi: vlažna sredina, nedostatak kiseonika, mineralizacija. Mikroorganizmi koji su živjeli na kopnu, općenito, nisu mogli doći do istraživača. Po mineraliziranim ili okamenjenim strukturama naučnici procjenjuju kakav je život postojao na planeti. Materijal koji dolazi u ruke naučnika je mešavina fragmenata iz različitih epoha. Klasični zaključci o nastanku života na Zemlji možda ne odgovaraju stvarnosti. Po mom mišljenju, nije se razvijao od jednostavnog do složenog, već se pojavio odjednom.

Maya Prygunova, Itogi magazin br. 45 (595)