Έχουν περάσει περισσότερα από ένα δισεκατομμύριο χρόνια από την εμφάνιση μονοκύτταρων οργανισμών μέχρι την «εφεύρεση» του κυτταρικού πυρήνα και τη γέννηση μιας σειράς άλλων καινοτομιών. Μόνο τότε άνοιξε ο δρόμος στα πρώτα πολυκύτταρα όντα, από τα οποία δημιουργήθηκαν τα τρία βασίλεια των ζώων, των φυτών και των μυκήτων. Οι Ευρωπαίοι επιστήμονες έχουν προτείνει μια νέα εξήγηση για αυτόν τον μετασχηματισμό, η οποία έρχεται σε αντίθεση με τις ιδέες που υπήρχαν μέχρι τώρα.

Οι προκαρυώτες (προπυρηνικοί μονοκύτταροι) γεννήθηκαν πριν από περίπου 3,8 δισεκατομμύρια χρόνια. Πιο προηγμένοι οργανισμοί - ευκαρυώτες (τα κύτταρά τους περιέχουν πυρήνα) - εμφανίστηκαν πριν από περισσότερα από δύο δισεκατομμύρια χρόνια. Και από αυτούς, πριν από περίπου ένα δισεκατομμύριο χρόνια, ξεκίνησε ήδη η εξέλιξη των πολυκύτταρων πλασμάτων.

Τώρα δύο τέτοια πλάσματα – ο Nick Lane του University College του Λονδίνου (UCL) και ο William Martin του Ινστιτούτου Βοτανικής στο Πανεπιστήμιο του Ντίσελντορφ – έχουν αναπτύξει μια πρωτότυπη θεωρία. Σύμφωνα με αυτό, αποδεικνύεται ότι το κλειδί για την εμφάνιση των ευκαρυωτών δεν ήταν η εφεύρεση του πυρήνα (όπως υποστήριζαν οι επιστήμονες για 70 χρόνια), αλλά η εμφάνιση των μιτοχονδρίων.

Είναι γενικά αποδεκτό ότι στην αρχή γεννήθηκαν πιο τέλεια πυρηνικά κύτταρα από προκαρυώτες, βασιζόμενοι στους παλιούς ενεργειακούς μηχανισμούς, και μόνο αργότερα οι στρατολόγοι απέκτησαν μιτοχόνδρια. Στους τελευταίους ανατέθηκε σημαντικός ρόλος στην περαιτέρω εξέλιξη των ευκαρυωτών, αλλά όχι ο ρόλος του ακρογωνιαίου λίθου που βρίσκεται στα ίδια τα θεμέλιά του.

"Δείξαμε ότι η πρώτη επιλογή δεν θα λειτουργήσει. Για να αναπτυχθεί η πολυπλοκότητα του κυττάρου, χρειάζεται μιτοχόνδρια", εξηγεί ο Martin. «Η υπόθεσή μας αντικρούει την παραδοσιακή άποψη ότι η μετάβαση στα ευκαρυωτικά κύτταρα απαιτούσε μόνο τις κατάλληλες μεταλλάξεις», τον απηχεί ο Lane.

Συνεξελίχθηκαν, με το ενδοσύμβιο να βελτιώνει σταδιακά μια δεξιότητα, τη σύνθεση ATP. Το εσωτερικό κύτταρο μειώθηκε σε μέγεθος και μετέφερε μερικά από τα δευτερεύοντα γονίδιά του στον πυρήνα. Έτσι τα μιτοχόνδρια διατήρησαν μόνο εκείνο το μέρος του αρχικού DNA που χρειάζονταν για να λειτουργήσουν ως «ζωντανό εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας».

Η εμφάνιση των μιτοχονδρίων από την άποψη της ενέργειας μπορεί να συγκριθεί με την εφεύρεση ενός πυραύλου μετά από ένα καρότσι, επειδή τα πυρηνικά κύτταρα είναι κατά μέσο όρο χίλιες φορές μεγαλύτερα σε όγκο από τα κύτταρα χωρίς πυρήνα.

Το τελευταίο, όπως φαίνεται, μπορεί επίσης να αυξηθεί σε μέγεθος και πολυπλοκότητα της συσκευής (υπάρχουν μεμονωμένα εντυπωσιακά παραδείγματα εδώ). Αλλά σε αυτό το μονοπάτι, τα μικροσκοπικά πλάσματα έχουν μια σύλληψη: καθώς μεγαλώνουν γεωμετρικά, η αναλογία της επιφάνειας προς τον όγκο μειώνεται γρήγορα.

Εν τω μεταξύ, απλά κύτταρα παράγουν ενέργεια με τη βοήθεια μιας μεμβράνης που τα καλύπτει. Σε ένα μεγάλο προκαρυωτικό κύτταρο λοιπόν μπορεί να υπάρχει αρκετός χώρος για νέα γονίδια, αλλά απλά δεν έχει αρκετή ενέργεια για να συνθέσει πρωτεΐνες σύμφωνα με αυτές τις «οδηγίες».

Μια απλή αύξηση των πτυχών της εξωτερικής μεμβράνης δεν σώζει ιδιαίτερα την κατάσταση (αν και τέτοια κύτταρα είναι γνωστά). Με αυτή τη μέθοδο αύξησης της ισχύος, αυξάνεται και ο αριθμός των σφαλμάτων στη λειτουργία. ενεργειακό σύστημα. Στο κύτταρο συσσωρεύονται ανεπιθύμητα μόρια που μπορούν να το καταστρέψουν.

Τα μιτοχόνδρια είναι μια λαμπρή εφεύρεση της φύσης. Αυξάνοντας τον αριθμό τους, είναι δυνατό να αυξηθεί το ενεργειακό δυναμικό του κυττάρου χωρίς να αναπτυχθεί η εξωτερική του επιφάνεια. Επιπλέον, κάθε μιτοχόνδριο έχει επίσης ενσωματωμένους μηχανισμούς ελέγχου και επιδιόρθωσης.

Και ένα άλλο πλεονέκτημα καινοτομίας: το μιτοχονδριακό DNA είναι μικρό και πολύ οικονομικό. Δεν απαιτεί πολλούς πόρους για να το αντιγράψετε. Όμως τα βακτήρια, προκειμένου να αυξήσουν τις ενεργειακές τους δυνατότητες, μπορούν να δημιουργήσουν μόνο πολλά αντίγραφα ολόκληρου του γονιδιώματός τους. Αλλά μια τέτοια εξέλιξη οδηγεί γρήγορα σε ένα ενεργειακό αδιέξοδο.

Οι συγγραφείς της εργασίας υπολόγισαν ότι το μέσο ευκαρυωτικό κύτταρο θα μπορούσε θεωρητικά να φέρει 200.000 φορές περισσότερα γονίδια από το μέσο βακτήριο. Οι ευκαρυώτες μπορούν να θεωρηθούν ως μια βιβλιοθήκη με μεγάλο αριθμό ραφιών - γεμίστε την με βιβλία όσο το δυνατόν καλύτερα. Λοιπόν, ένα πιο εκτεταμένο γονιδίωμα είναι η βάση για περαιτέρω βελτίωση της δομής του κυττάρου και του μεταβολισμού του, την εμφάνιση νέων ρυθμιστικών κυκλωμάτων.

Σύμφωνα με τους υπολογισμούς των Lane και Martin, για κάθε γονίδιο στον κληρονομικό τους κώδικα, οι ευκαρυώτες έχουν τέσσερις έως πέντε τάξεις μεγέθους περισσότερη ενέργεια από τα βακτήρια. Από αυτή την άποψη, τα βακτήρια βρίσκονται στον πυθμένα μιας ενεργειακής άβυσσο από την οποία δεν μπορούν να ξεφύγουν.

Η μετάβαση των κυττάρων στην παραγωγή ενέργειας με τη βοήθεια των μιτοχονδρίων μπορεί να συγκριθεί με τη βιομηχανική επανάσταση. Αντί να αυξήσουν γραμμικά το μέγεθος του εργοστασίου, τα κύτταρα έκαναν μια ποιοτική αλλαγή: έχτισαν ένα «εργοστάσιο» και έβαλαν σειρές εξειδικευμένων «μηχανών» σε αυτό.

Επομένως, παρά τα δισεκατομμύρια χρόνια ύπαρξης, οι προκαρυώτες παρέμειναν σχετικά απλά πλάσματα μέχρι σήμερα, και οι ευκαρυώτες έχουν εφεύρει εδώ και πολύ καιρό νέα μέσα μετάδοσης σημάτων μεταξύ των κυττάρων και έχουν προχωρήσει σε πολυκύτταρες μορφές ζωής. Εμείς μαζί σας.

Η θεωρία των Ευρωπαίων επιστημόνων, παρεμπιπτόντως, μπορεί επίσης να είναι χρήσιμη για την αξιολόγηση της πιθανότητας ύπαρξης πολύπλοκων μορφών ζωής σε άλλους κόσμους.

Γεγονός είναι ότι τα παραδείγματα απορρόφησης άλλων κυττάρων από βακτήρια είναι εξαιρετικά σπάνια. Αυτό σημαίνει ότι, αφού προκύψει, η ζωή μπορεί να παραμείνει για πολλούς αιώνες σε ένα απλό μονοκύτταρο στάδιο. Μέχρι που ένα τυχερό διάλειμμα τη βοηθά να εφεύρει εργοστάσια ενδοκυττάριας ενέργειας. "Οι βασικές αρχές είναι καθολικές. Ακόμη και οι εξωγήινοι χρειάζονται μιτοχόνδρια", καταλήγει ο Lane.

Γενικές πληροφορίες

προκαρυώτες(λάτ. Προκαρυώτα, από λατ. επαγγελματίας- «πριν», «πριν» και ελληνικά. καρυών- "πυρήνας"), ή μη πυρηνικά- μονοκύτταροι ζωντανοί οργανισμοί που δεν έχουν (σε αντίθεση με) έναν επίσημο κυτταρικό πυρήνα.

Τα προκαρυωτικά κύτταρα χαρακτηρίζονται από την απουσία πυρηνικού περιβλήματος, το DNA συσκευάζεται χωρίς τη συμμετοχή ιστονών.

Το γενετικό υλικό των προκαρυωτών αντιπροσωπεύεται από ένα μόριο DNA κλειστό σε έναν δακτύλιο, υπάρχει μόνο ένα αντίγραφο. Δεν υπάρχουν οργανίδια στα κύτταρα που έχουν δομή μεμβράνης.

Χαρακτηριστικά γνωρίσματα των προκαρυωτών

• Έλλειψη επισημοποιημένου πυρήνα
• Η παρουσία μαστιγίων, πλασμιδίων και κενοτοπίων αερίων
• Δομές όπου λαμβάνει χώρα η φωτοσύνθεση - χλωροσώματα
• Μορφές αναπαραγωγής- ασεξουαλικό τρόπο, υπάρχει μια ψευδοσεξουαλική διαδικασία, ως αποτέλεσμα της οποίας συμβαίνει μόνο η ανταλλαγή γενετικών πληροφοριών, χωρίς αύξηση του αριθμού των κυττάρων.
• Μέγεθος ριβοσώματος- δεκαετία του '70.

Εξέλιξη προκαρυωτών

Σύμφωνα με μια άλλη θεωρία, ως τέτοιος, δεν υπήρχε κοινός πρόγονος και τα πρώτα πρωτόζωα που ζούσαν εκείνη την εποχή, με τη βοήθεια της οριζόντιας μεταφοράς γονιδίων μεταξύ τους, εξελισσόταν συνεχώς. Υποτίθεται ότι στα πρώτα στάδια της εξέλιξης υπήρχε κάποιο είδος κοινής γενετικής «κοινοτικής οικονομίας». Η εικόνα των εξελικτικών συνδέσεων στον κόσμο των προγονικών προκαρυωτών δεν ήταν τόσο ένα δέντρο όσο ένα είδος μυκηλίου με ένα διαπλεκόμενο δίκτυο οριζόντιων μεταφορών προς τις πιο διαφορετικές και απροσδόκητες κατευθύνσεις. Καθώς οι οργανισμοί έγιναν πιο περίπλοκοι και αναπτύχθηκαν οι μηχανισμοί της σεξουαλικής αναπαραγωγής και της αναπαραγωγικής απομόνωσης, η οριζόντια μεταφορά έγινε πιο σπάνια. Ταυτόχρονα, χάρη στους ιούς των βακτηριοφάγων, τα βακτήρια έχουν επίσης ένα απλό ανοσοποιητικό σύστημα.

Σε αντίθεση με ένα ευκαρυωτικό κύτταρο, ένα προκαρυωτικό κύτταρο παράγει ενέργεια όχι με τη βοήθεια των μιτοχονδρίων (που της λείπουν), αλλάμε μια μεμβράνη που τα καλύπτει. Ως αποτέλεσμα, το προκαρυωτικό κύτταρο δεν υπάρχει αρκετή ενέργεια για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Μια απλή αύξηση στις πτυχές της εξωτερικής μεμβράνης δεν σώζει ιδιαίτερα την κατάσταση (αν και τέτοια κύτταρα είναι γνωστά). Με αυτή τη μέθοδο αύξησης της ισχύος αυξάνεται και ο αριθμός των σφαλμάτων στη λειτουργία του ενεργειακού συστήματος. Στο κύτταρο συσσωρεύονται ανεπιθύμητα μόρια που μπορούν να το καταστρέψουν. Όλα αυτά οδήγησαν στο γεγονός ότι τα προκαρυωτικά κύτταρα παρέμειναν χιλιάδες φορές μικρότερα από τα ευκαρυωτικά και το γονιδιωματικό τους υλικό είναι αρκετές φορές μικρότερο από τους πιο τέλειους ευκαρυώτες.

Διαίρεση ταξινόμησης προκαρυωτικών:

Υποαυτοκρατορία:
Βασίλειο:	προκαρυώτες
Βασίλειο:	βακτήρια	Αρχαία

Εξέλιξη κυτταρικών οργανισμών

Η εμφάνιση των πρώτων κυτταρικών οργανισμών: πριν από πάνω από 4 δισεκατομμύρια χρόνια

Οι πρώτοι απλούστεροι μονοκύτταροι οργανισμοί (προκαρυώτες) εμφανίστηκαν πριν από περισσότερα από 4 δισεκατομμύρια χρόνια.Πρόσφατα, ίχνη σύνθετων κυτταρικών δομών που χρονολογούνται από τουλάχιστον 3,86 δισεκατομμύρια χρόνια έχουν βρεθεί στα αρχαιότερα ιζηματογενή πετρώματα της Γης, που βρέθηκαν στη νοτιοδυτική Γροιλανδία.

Σύμφωνα με μια από τις θεωρίες, πριν από περίπου 4,1 - 3,6 δισεκατομμύρια χρόνια κατά την Εωαρχική περίοδο, από την ποικιλία των μονοκύτταρων ζωντανών όντων (προκαρυώτων) που υπήρχαν εκείνη την εποχή (Εικ. 1), ο πρώτος κοινός πρόγονός μας που ζούσε τότε χωρίστηκε σε πολλά κλάδους, οι οποίοι στη συνέχεια με τη σειρά τους χωρίστηκαν στα υπάρχοντα βασίλεια (ζώα, φυτά, μύκητες, πρωτίστες, χρωμιστές, βακτήρια, αρχαία και ιούς). Με τον καιρό, οι υπόλοιποι κάτοικοι εκείνης της περιόδου δεν άντεξαν τον ανταγωνισμό μαζί τους και εξαφανίστηκαν από προσώπου Γης.

Σύμφωνα με μια άλλη θεωρία, ως τέτοιος, δεν υπήρχε κοινός πρόγονος και τα πρώτα πρωτόζωα που ζούσαν εκείνη την εποχή, με τη βοήθεια της οριζόντιας μεταφοράς γονιδίων μεταξύ τους, εξελισσόταν συνεχώς. Υποτίθεται ότι στα πρώτα στάδια της εξέλιξης υπήρχε κάποιο είδος κοινής γενετικής «κοινοτικής οικονομίας». Η εικόνα των εξελικτικών συνδέσεων στον κόσμο των προγονικών προκαρυωτών δεν ήταν τόσο ένα δέντρο όσο ένα είδος μυκηλίου με ένα διαπλεκόμενο δίκτυο οριζόντιων μεταφορών προς τις πιο διαφορετικές και απροσδόκητες κατευθύνσεις. Καθώς οι οργανισμοί έγιναν πιο περίπλοκοι και αναπτύχθηκαν οι μηχανισμοί της σεξουαλικής αναπαραγωγής και της αναπαραγωγικής απομόνωσης, η οριζόντια μεταφορά έγινε πιο σπάνια (Εικ. 2). Ταυτόχρονα, χάρη στους ιούς των βακτηριοφάγων, το πιο απλό ανοσοποιητικό σύστημα εμφανίζεται στα βακτήρια.

Ταυτόχρονα, συνέβη συμβιογένεση - τα μιτοχόνδρια και τα πλαστίδια, με τη μορφή ανεξάρτητων μονοκύτταρων οργανισμών που υπήρχαν εκείνη την εποχή, έγιναν μέρος ενός μεγαλύτερου κυττάρου ενδοσυμβίωσης. Σταδιακά, έχασαν την ικανότητα να υπάρχουν ανεξάρτητα και μετατράπηκαν σεοργανίδια . R αναπτυσσόμενοι μαζί, το ενδοσύμβιον βελτίωσε σταδιακά μια δεξιότητα - τη σύνθεση ATP . Το εσωτερικό κύτταρο μειώθηκε σε μέγεθος και μετέφερε μερικά από τα δευτερεύοντα γονίδιά του στον πυρήνα. Έτσι τα μιτοχόνδρια διατήρησαν μόνο εκείνο το μέρος του αρχικού DNA που χρειάζονταν για να λειτουργήσουν ως «ζωντανή μονάδα παραγωγής ενέργειας».

Αυτό οδήγησε στην εμφάνιση στην Παλαιοπρωτοζωική εποχή (περισσότερα από 2 δισεκατομμύρια χρόνια πριν) των πρώτων ευκαρυωτών με πυρήνα και να είναι οι πρόγονοι των σύγχρονων ζώων, φυτών, πρωτιστών και χρωμιστών.

Για τα επόμενα σχεδόν 1,5 δισεκατομμύρια χρόνια, μονοκύτταροι οργανισμοί βασίλευαν άψογα στον πλανήτη μας, έως ότου εμφανίστηκαν τα πρώτα πολυκύτταρα πλάσματα στην περίοδο του Εδικαρίου πριν από περίπου 630 εκατομμύρια χρόνια. Αρχικά, τα πρωτόζωα choanoflagellates, τα οποία πιστεύεται ότι βρίσκονται στα όρια μεταξύ μονοκυτταρικότητας και πολυκυτταρικότητας, συνδυάστηκαν σε πολυκύτταρες δομές, σχηματίζοντας εμβρυϊκές αποικίες μόνο με τη βοήθεια βακτηριακού λιπιδίου, το οποίο λαμβάνεται από καταναλωμένα βακτήρια. Το επόμενο βήμα ήταν η εμφάνιση στην ίδια περίοδο των πρώτων πραγματικών πολυκύτταρων μακροοργανισμών - αυτοί οι οργανισμοί εμφανίστηκαν στη Γη αμέσως μετά τον Μαρινοϊκό παγετώνα - ένα από τα στάδια του παγκόσμιου παγετώνα, όταν ο πλανήτης μας καλύφθηκε πλήρως με πάγο για πολλά εκατομμύρια χρόνια. Τέτοιες ασυνήθιστες μορφές δεν θα εμφανιστούν ποτέ στη φύση. Βασικά, αυτοί είναι οργανισμοί με μαλακό σώμα, που αποτελούνται από μεμονωμένα φράκταλ. Τα μεγέθη του σώματός τους κυμαίνονταν από ένα εκατοστό έως ένα μέτρο. Έμοιαζαν τόσο ασυνήθιστα που για μεγάλο χρονικό διάστημα οι επιστήμονες υποστήριζαν σε ποιο βασίλειο - φυτά ή ζώα μπορούν να αποδοθούν.

Περίπου πριν από 480-460 εκατομμύρια χρόνια, στη Σιλουριακή περίοδο, τα πρώτα φυτά εμφανίστηκαν στη στεριά (σύμφωνα με άλλες πηγές, αυτό συνέβη στην Άνω Κάμβρια πριν από 499-488 εκατομμύρια χρόνια), και 50 εκατομμύρια χρόνια αργότερα, στην περίοδο του Ντέβον, τα πρώτα ζώα (αν και υπάρχουν ορισμένα στοιχεία που δείχνουν ότι τα πρώτα ζώα της ξηράς έζησαν στη Σιλούρια (Εικ. 3) ή ακόμα και στη Βενδία). Μετά από αυτό άρχισε η ραγδαία ανάπτυξη όλων των ειδών των ζωντανών όντων, απόγονοι των οποίων είμαστε εμείς.

Ταξινόμηση κατηγορίας:

Πού μπορεί κανείς να δει τη ζωή όπως ήταν τη στιγμή της γέννησής της; Ο διάσημος σκηνοθέτης Τζέιμς Κάμερον είναι πεπεισμένος ότι αυτό μπορεί να γίνει βυθίζοντας στον πάτο της τάφρου των Μαριάνων. Τα οικοσυστήματα που ανακάλυψε εκεί ο γενναίος ταξιδιώτης θυμίζουν εκείνα που υπήρχαν στον πλανήτη μας πριν από τρία δισεκατομμύρια χρόνια.

Ο Τζέιμς Κάμερον, ως μέρος της νέας του δουλειάς, έκανε μια απροσδόκητη ανακάλυψη: στον πυθμένα της Τάφρου των Μαριανών, σε βάθος 10,9 χιλιομέτρων, ζουν μόνα τους μικροβιακά χαλάκια - βιοφίλμ που τρέφονται με ουσίες που εξάγουν από τα ιζήματα του πυθμένα. Παρόμοιοι βιότοποι και διεργασίες που λαμβάνουν χώρα σε αυτά, πιστεύουν οι ερευνητές, στην αρχαιότητα προκάλεσαν μια χημική αντίδραση, ως αποτέλεσμα της οποίας στη Γη, και πιθανώς σε άλλα μέρη ηλιακό σύστημαεμφανίστηκαν οι πρώτοι ζωντανοί οργανισμοί.

"Πιστεύουμε ότι αυτή η χημική αντίδραση μπορεί να αποτελεί τη βάση του μεταβολισμού", λέει ο Kevin Hand, αστροβιολόγος στο California Jet Propulsion Laboratory (JPL). "Μπορεί να είναι η κινητήρια δύναμη που οδήγησε στην εμφάνιση της ζωής. Ίσως όχι μόνο εδώ, αλλά και σε κόσμους όπως η Ευρώπη (το παγωμένο φεγγάρι του Δία)».

Η αποστολή Cameron Deepsea Challenger πραγματοποίησε πολλές καταδύσεις, συμπεριλαμβανομένης μιας επανδρωμένης, στην τάφρο Mariana μεταξύ 31 Ιανουαρίου και 3 Απριλίου φέτος. Ο Κάμερον βούτηξε στα βάθη της θάλασσας προσωπικά. Έχοντας κατέβει στον πάτο, ο σκηνοθέτης όχι μόνο θαύμασε το γύρω τοπίο: ο Κάμερον πήρε δείγματα εδάφους και τράβηξε πολλές φωτογραφίες. Ανεβαίνοντας στον επάνω όροφο, ο Κάμερον είπε στους δημοσιογράφους ότι ήταν μάλλον σκοτεινό εκεί κάτω και το κάτω μέρος έμοιαζε με την επιφάνεια του φεγγαριού. Ωστόσο, σε αντίθεση με τον άψυχο δορυφόρο της Γης, η ζωή εξακολουθεί να παραμονεύει στα ψυχρά βάθη του ωκεανού.

Τα βακτηριακά στρώματα που βρήκαν οι ερευνητές αντιπροσωπεύουν ένα αρκετά κοινό οικοσύστημα προκαρυωτών από την αρχαιότητα. Αν και ορισμένοι ερευνητές το θεωρούν ανάλογο του πολυκύτταρου οργανισμού, τα βακτήρια που απαρτίζουν το «χαλί» συντονίζονται επώδυνα. Κατά κανόνα, το χαλί ενώνει πολλές ομάδες «στενών» ειδικών: κάποιοι, για παράδειγμα, αποσυνθέτουν μόνο το υδρόθειο, άλλοι προτιμούν τα θειούχα, άλλοι προτιμούν τα θειικά κ.λπ. Έτσι, το χαλάκι «δουλεύει», χρησιμοποιώντας σχεδόν όλους τους πόρους του μορφή χημικών ενώσεων που υπάρχουν γύρω, και τα μέλη αυτής της αποικίας μοιράζονται μεταξύ τους οργανική ύλη που προκύπτει από αυτή τη διαφορετική χημειοσύνθεση.

Είναι επίσης ενδιαφέρον ότι συχνά τα «απόβλητα» κάποιων βακτηρίων που απαρτίζουν το χαλάκι είναι χρήσιμος πόροςΓια άλλους. Αυτό μπορεί εύκολα να αποδειχθεί με το παράδειγμα της συμβίωσης δύο ομάδων βακτηρίων - φωτοσυνθετικών υδρόθειου και θειικών αναγωγών. Το πρώτο από αυτά μπορεί να φωτοσυνθέσει χρησιμοποιώντας όχι οξυγόνο, όπως τα ανώτερα φυτά, αλλά υδρόθειο. Ωστόσο, ένα υποπροϊόν της δραστηριότητάς τους είναι τα οξείδια του θείου, τα οποία, μόλις μπουν στο νερό, σχηματίζουν αμέσως θειικό οξύ και στη συνέχεια θειικά. Αυτά τα θειικά άλατα είναι επιθυμητή τροφή για μειωτήρες θειικών, οι οποίοι τα μειώνουν με υδρογόνο. Αλλά το υποπροϊόν αυτής της διαδικασίας είναι το υδρόθειο, το οποίο χρησιμοποιείται από την πρώτη ομάδα βακτηρίων.

Έτσι, εάν δύο ομάδες αυτών των βακτηρίων ζουν στο ίδιο στρώμα, τότε σχηματίζουν ένα πλήρως αυτάρκης οικοσύστημα. Και αν προσθέσουμε σε αυτά βακτήρια οξειδωτικά μεθανίου ως δότες υδρογόνου (οξειδώνουν το μεθάνιο με σχηματισμό διοξειδίου του άνθρακα και μοριακού υδρογόνου) και μεθογονικά βακτήρια, τα οποία, χρησιμοποιώντας διοξείδιο του άνθρακακαι το μοριακό υδρογόνο που παράγεται από τα οξειδωτικά μεθανίου λαμβάνεται ως υποπροϊόν του ίδιου του μεθανίου που τόσο πολύ χρειάζεται η πρώτη ομάδα, τότε η «οικονομική δραστηριότητα» θα γίνει ακόμα πιο ισορροπημένη. Τότε δεν χρειάζεται να πάμε μακριά για το υδρογόνο, μπορεί να προμηθεύεται από άλλα μέλη της αποικίας. Με μια λέξη, το χαλάκι είναι ένα φυτό πρακτικά χωρίς απόβλητα, που οι άνθρωποι δεν έχουν καταφέρει ακόμα να το δημιουργήσουν, καλά, η φύση το γέννησε πριν από τρία δισεκατομμύρια χρόνια!

Στο Mariana Trench, όπως έδειξαν τα αποτελέσματα της αποστολής, δεν ζουν μόνο μικροβιακά "χαλί" - αρκετοί άλλοι εκπρόσωποι του ζωικού κόσμου που ήταν προηγουμένως άγνωστοι στην επιστήμη παρατηρήθηκαν επίσης εκεί. Για παράδειγμα, γιγάντια αμφίποδα καρκινοειδή μήκους 17 cm ( Αμφίποδα), ονομάζονται αμφίποδα στη Ρωσία, εξωτερικά μοιάζουν πολύ με τις γαρίδες. Μια μελέτη αυτών των καρκινοειδών έδειξε ότι το σώμα τους περιέχει ενώσεις που βοηθούν τους ιστούς να λειτουργούν πιο αποτελεσματικά κάτω από εξαιρετικά υψηλή πίεση.

«Μία από αυτές τις ενώσεις είναι η σκιλλοϊνοσιτόλη, η οποία είναι ίδια σε σύνθεση με ένα φάρμακο που δοκιμάζεται επί του παρόντος για την καταστροφή των αμυλοειδών πλακών που έχουν συνδεθεί με τη νόσο του Αλτσχάιμερ», δήλωσε ο Νταγκ Μπάρτλετ, μικροβιολόγος στο Ινστιτούτο Ωκεανογραφίας Scripps στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια. , Σαν Ντιέγκο. Άλλα 20 χιλιάδες μικρόβια που ελήφθησαν από την Τάφρο των Μαριανών περιμένουν τη σειρά τους στους ερευνητές.

Ένας ακόμη «νεοφερμένος» βρέθηκε σε βάθος 8,2 χιλιομέτρων στη Νέα Βρετανική Τάφρο στα ανοικτά των ακτών της Παπούα Νέας Γουινέας. Αποδείχθηκε ότι ήταν εκπρόσωπος των αγγουριών της θάλασσας ή των ολοθουριανών ( Ολοθοριοειδής) - αστεία πλάσματα από την ομάδα των εχινόδερμων ( Εχινόδερμα). "Υπήρχαν σε αυτά τα βάθη στο παρελθόν, αλλά δεν έχουν αποτυπωθεί σε φιλμ. Είδαμε ένα από αυτά και πιστεύουμε ότι είναι ένα νέο είδος", λέει ο Bartlett. Και τα τοιχώματα της υδρορροής είναι στολισμένα με έναν τεράστιο αριθμό από σκουλήκια βελανιδιού, ασπόνδυλα βαθέων υδάτων που καλύπτουν τον πυθμένα της κοιλότητας με τα σπειροειδή περιττώματα τους. «Αν δεν έχετε σκεφτεί ποτέ τα σκουλήκια με αγάπη, τότε αφού παρακολουθήσετε αυτό το βίντεο, θα τα λατρέψετε», λέει ο Bartlett.

Το βίντεο του Κάμερον δείχνει όχι μόνο κατοίκους βαθέων υδάτων, αλλά και τον παλαιότερο βυθό στον πλανήτη. Εκατόν ογδόντα εκατομμύρια χρόνια πριν, όταν οι δεινόσαυροι περπατούσαν ακόμα στη Γη, οι βράχοι στον πυθμένα της τάφρου των Μαριανών ήταν καυτή λάβα. Και τα πλάνα που τράβηξε ο σκηνοθέτης στην Τάφρο της Νέας Αγγλίας μπορεί κάλλιστα να είναι ρεκόρ για το βάθος της θέσης των μαξιλαριών λάβας, λέει η θαλάσσια γεωλόγος Patty Fryer από το Πανεπιστήμιο της Χαβάης στη Χονολουλού.

Οι αλλοιωμένοι βράχοι που τροφοδοτούν μικροβιακά χαλιά είναι μέρος των νεαρών τεκτονικών πλακών που βρίσκονται στην κορυφή ενός αρχαίου πυθμένα Ειρηνικός ωκεανός. Η τάφρο Μαριάνα είναι μια ζώνη καταβύθισης όπου δύο τεκτονικές πλάκες συγκρούστηκαν και η μία από αυτές σύρθηκε πάνω από την άλλη. Το νερό που διαρρέει μέσα από σωρούς βράχων αλλάζει τη σύνθεση των πετρωμάτων μέσω της σερπεντινοποίησης. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, σχηματίζεται θείο, μεθάνιο και υδρογόνο, το οποίο δίνει στα βακτήρια τροφή.

ΣΤΟ τα τελευταία χρόνιαΟι επιστήμονες τείνουν να πιστεύουν ότι η πρώιμη ζωή στη Γη ξεκίνησε πριν από περίπου τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια σε ζώνες καταβύθισης όπως η τάφρο Μαριάνα. Οι θερμοκρασίες ήταν πιο κρύες σε αυτές τις γούρνες και οι σερπεντινοποιημένοι βράχοι παρείχαν την απαραίτητη ώθηση για τη χημική αντίδραση που οδήγησε στη γέννηση της ζωής.

«Αυτά τα χαρακώματα θα μπορούσαν να είναι εκεί που ξεκίνησε η ζωή», λέει ο Κάμερον. «Αυτό το μυστήριο πρέπει να λυθεί. Ελπίζω ότι ακόμα κάνουμε κατάδυση». Μέχρι στιγμής, δεν έχουν προγραμματιστεί νέες καταδύσεις, αλλά, σύμφωνα με τον διευθυντή, τα υποβρύχια και τα οχήματα βαθέων υδάτων είναι σε κατάσταση λειτουργίας και τώρα αποθηκεύονται στο έδαφος της έπαυλής του.

Έχει μακρά ιστορία. Όλα ξεκίνησαν πριν από περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια. Η ατμόσφαιρα της Γης δεν έχει ακόμη στρώμα όζοντος, η συγκέντρωση οξυγόνου στον αέρα είναι πολύ χαμηλή και τίποτα δεν ακούγεται στην επιφάνεια του πλανήτη, εκτός από την έκρηξη ηφαιστείων και τον θόρυβο του ανέμου. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι έτσι έμοιαζε ο πλανήτης μας όταν άρχισε να εμφανίζεται σε αυτόν ζωή. Είναι πολύ δύσκολο να το επιβεβαιώσετε ή να το διαψεύσετε. Βράχοι που μπορούσαν να δώσουν περισσότερες πληροφορίες στους ανθρώπους κατέρρευσαν πριν από πολύ καιρό, χάρη στις γεωλογικές διεργασίες του πλανήτη. Έτσι, τα κύρια στάδια της εξέλιξης της ζωής στη Γη.

Η εξέλιξη της ζωής στη γη. μονοκύτταροι οργανισμοί.

Η ζωή ξεκίνησε με την εμφάνιση των απλούστερων μορφών ζωής - των μονοκύτταρων οργανισμών. Οι πρώτοι μονοκύτταροι οργανισμοί ήταν προκαρυώτες.Αυτοί οι οργανισμοί εμφανίστηκαν για πρώτη φορά αφού η Γη έγινε κατάλληλη για την αρχή της ζωής. δεν θα επέτρεπε ούτε τις πιο απλές μορφές ζωής να εμφανιστούν στην επιφάνειά του και στην ατμόσφαιρα. Αυτός ο οργανισμός δεν χρειαζόταν οξυγόνο για την ύπαρξή του. Η συγκέντρωση οξυγόνου στην ατμόσφαιρα αυξήθηκε, γεγονός που οδήγησε στην εμφάνιση του ευκαρυωτες.Για αυτούς τους οργανισμούς, το οξυγόνο έγινε το κύριο πράγμα για τη ζωή, σε ένα περιβάλλον όπου η συγκέντρωση οξυγόνου ήταν χαμηλή, δεν επιβίωσαν.

Οι πρώτοι οργανισμοί ικανοί για φωτοσύνθεση εμφανίστηκαν 1 δισεκατομμύριο χρόνια μετά την εμφάνιση της ζωής. Αυτοί οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί ήταν αναερόβια βακτήρια. Η ζωή άρχισε σταδιακά να αναπτύσσεται και αφού έπεσε η περιεκτικότητα σε αζωτούχες οργανικές ενώσεις, εμφανίστηκαν νέοι ζωντανοί οργανισμοί που μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν άζωτο από την ατμόσφαιρα της Γης. Τέτοια πλάσματα ήταν γαλαζοπράσινα φύκια.Η εξέλιξη των μονοκύτταρων οργανισμών έλαβε χώρα μετά από τρομερά γεγονότα στη ζωή του πλανήτη και όλα τα στάδια της εξέλιξης προστατεύτηκαν υπό μαγνητικό πεδίογη.

Με την πάροδο του χρόνου, οι απλούστεροι οργανισμοί άρχισαν να αναπτύσσουν και να βελτιώνουν τη γενετική τους συσκευή και να αναπτύσσουν μεθόδους αναπαραγωγής τους. Στη συνέχεια, στη ζωή των μονοκύτταρων οργανισμών, υπήρξε μια μετάβαση στη διαίρεση των γενετικών κυττάρων τους σε αρσενικά και θηλυκά.

Η εξέλιξη της ζωής στη γη. πολυκύτταροι οργανισμοί.

Μετά την εμφάνιση των μονοκύτταρων οργανισμών, εμφανίστηκαν πιο περίπλοκες μορφές ζωής - πολυκύτταροι οργανισμοί. Η εξέλιξη της ζωής στον πλανήτη Γη έχει αποκτήσει πιο σύνθετους οργανισμούς, που χαρακτηρίζονται από πιο περίπλοκη δομή και πολύπλοκα μεταβατικά στάδια ζωής.

Το πρώτο στάδιο της ζωής Αποικιακό μονοκύτταρο στάδιο. Η μετάβαση από τους μονοκύτταρους οργανισμούς στους πολυκύτταρους οργανισμούς, η δομή των οργανισμών και ο γενετικός μηχανισμός γίνεται πιο περίπλοκη. Αυτό το στάδιο θεωρείται το απλούστερο στη ζωή των πολυκύτταρων οργανισμών.

Δεύτερο στάδιο της ζωής Πρωτογενές διαφοροποιημένο στάδιο. Ένα πιο περίπλοκο στάδιο χαρακτηρίζεται από την έναρξη της αρχής του «καταμερισμού της εργασίας» μεταξύ των οργανισμών μιας αποικίας. Σε αυτό το στάδιο, υπήρχε μια εξειδίκευση των λειτουργιών του σώματος σε επίπεδο ιστού, οργάνου και συστήματος-οργάνου. Χάρη σε αυτό, ένα νευρικό σύστημα άρχισε να σχηματίζεται σε απλούς πολυκύτταρους οργανισμούς. Το σύστημα δεν είχε ακόμη νευρικό κέντρο, αλλά υπάρχει κέντρο συντονισμού.

Τρίτο στάδιο της ζωής Κεντρικό-διαφοροποιημένο στάδιο.Σε αυτό το στάδιο, η μορφοφυσιολογική δομή των οργανισμών γίνεται πιο περίπλοκη. Η βελτίωση αυτής της δομής επέρχεται μέσω της ενίσχυσης της εξειδίκευσης των ιστών.Τα τροφικά, απεκκριτικά, γεννητικά και άλλα συστήματα πολυκύτταρων οργανισμών γίνονται πιο περίπλοκα. Τα νευρικά συστήματα έχουν ένα καλά καθορισμένο νευρικό κέντρο. Οι μέθοδοι αναπαραγωγής βελτιώνονται - από την εξωτερική γονιμοποίηση στην εσωτερική.

Το τέλος του τρίτου σταδίου της ζωής των πολυκύτταρων οργανισμών είναι η εμφάνιση του ανθρώπου.

Κόσμος λαχανικών.

Το εξελικτικό δέντρο των απλούστερων ευκαρυωτών χωρίστηκε σε διάφορους κλάδους. Εμφανίστηκαν πολυκύτταρα φυτά και μύκητες. Μερικά από αυτά τα φυτά μπορούσαν να επιπλέουν ελεύθερα στην επιφάνεια του νερού, ενώ άλλα ήταν προσκολλημένα στον πυθμένα.

ψιλόφυτα- φυτά που κατέκτησαν πρώτα τη γη. Στη συνέχεια προέκυψαν άλλες ομάδες φυτών της γης: φτέρες, βρύα κλαμπ και άλλα. Αυτά τα φυτά αναπαράγονταν με σπόρια αλλά προτιμούσαν τους υδρόβιους βιότοπους.

Τα φυτά γνώρισαν μεγάλη ποικιλομορφία κατά την περίοδο του ανθρακοφόρου. Τα φυτά αναπτύχθηκαν και μπορούσαν να φτάσουν σε ύψος έως και 30 μέτρα. Την περίοδο αυτή εμφανίστηκαν τα πρώτα γυμνόσπερμα. Το Lycosform και οι Cordaites θα μπορούσαν να καυχηθούν για τη μεγαλύτερη κατανομή. Οι Cordaites έμοιαζαν με το σχήμα του κορμού κωνοφόρα φυτάκαι είχε μακριά φύλλα. Μετά από αυτή την περίοδο, η επιφάνεια της Γης ήταν ποικιλόμορφη με διάφορα φυτά που έφταναν τα 30 μέτρα σε ύψος. Αργότερα ένας μεγάλος αριθμός απόχρόνο, ο πλανήτης μας έγινε παρόμοιος με αυτόν που γνωρίζουμε τώρα. Τώρα στον πλανήτη υπάρχει μια τεράστια ποικιλία ζώων και φυτών, εμφανίστηκε ο άνθρωπος. Ο άνθρωπος, ως λογικό ον, αφού «στάθηκε στα πόδια του» αφιέρωσε τη ζωή του στη μελέτη. Τα αινίγματα άρχισαν να ενδιαφέρουν ένα άτομο, καθώς και το πιο σημαντικό πράγμα - από πού προήλθε ένα άτομο και γιατί υπάρχει. Όπως γνωρίζετε, δεν υπάρχουν ακόμα απαντήσεις σε αυτά τα ερωτήματα, υπάρχουν μόνο θεωρίες που έρχονται σε αντίθεση μεταξύ τους.

Η ακμή των ευκαρυωτών στη Γη ξεκίνησε πριν από περίπου 1 δισεκατομμύριο χρόνια, αν και ο πρώτος από αυτούς εμφανίστηκε πολύ νωρίτερα (πιθανώς πριν από 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια). Η προέλευση των ευκαρυωτών θα μπορούσε να συσχετιστεί με την αναγκαστική εξέλιξη προκαρυωτικών οργανισμών σε μια ατμόσφαιρα που άρχισε να περιέχει οξυγόνο.

Συμβιογένεση - η κύρια υπόθεση της προέλευσης των ευκαρυωτών

Υπάρχουν αρκετές υποθέσεις σχετικά με τους τρόπους με τους οποίους προέκυψαν τα ευκαρυωτικά κύτταρα. Ο πιο δημοφιλής - συμβιωτική υπόθεση (συμβιογένεση). Σύμφωνα με αυτήν, οι ευκαρυώτες προέκυψαν ως αποτέλεσμα της ένωσης σε ένα κύτταρο διαφορετικών προκαρυωτικών, τα οποία πρώτα μπήκαν σε συμβίωση και στη συνέχεια, όλο και πιο εξειδικευμένα, έγιναν τα οργανίδια ενός μόνο οργανισμού-κυττάρου. Τουλάχιστον, τα μιτοχόνδρια και οι χλωροπλάστες (πλαστίδια γενικά) έχουν συμβιωτική προέλευση. Εξελίχθηκαν από βακτηριακά συμβιώματα.

Το κύτταρο ξενιστής θα μπορούσε να είναι ένας σχετικά μεγάλος αναερόβιος ετερότροφος προκαρυωτής παρόμοιος με μια αμοιβάδα. Σε αντίθεση με άλλα, θα μπορούσε να αποκτήσει την ικανότητα να τρέφεται με φαγοκυττάρωση και πινοκύττωση, κάτι που του επέτρεψε να συλλάβει άλλους προκαρυώτες. Δεν χωνεύτηκαν όλα, αλλά προμήθευαν τον ιδιοκτήτη με τα προϊόντα της ζωτικής τους δραστηριότητας). Με τη σειρά τους, έλαβαν θρεπτικά συστατικά από αυτό.

Τα μιτοχόνδρια εξελίχθηκαν από αερόβια βακτήρια και επέτρεψαν στο κύτταρο-ξενιστή να μεταβεί στην αερόβια αναπνοή, η οποία όχι μόνο είναι πολύ πιο αποτελεσματική, αλλά και διευκολύνει την ύπαρξη σε μια ατμόσφαιρα που περιέχει αρκετά μεγάλη ποσότητα οξυγόνου. Σε ένα τέτοιο περιβάλλον, οι αερόβιοι οργανισμοί αποκτούν πλεονέκτημα έναντι των αναερόβιων.

Αργότερα, αρχαίοι προκαρυώτες παρόμοιοι με ζωντανά γαλαζοπράσινα φύκια (κυανοβακτήρια) εγκαταστάθηκαν σε ορισμένα κύτταρα. Έγιναν χλωροπλάστες, προκαλώντας τον εξελικτικό κλάδο των φυτών.

Εκτός από τα μιτοχόνδρια και τα πλαστίδια, τα ευκαρυωτικά μαστίγια μπορούν να έχουν συμβιωτική προέλευση. Μετατράπηκαν σε συμβίωση-βακτήρια σαν σύγχρονες σπειροχαίτες με μαστίγιο. Πιστεύεται ότι στη συνέχεια τα κεντρόλια, τόσο σημαντικές δομές για τον μηχανισμό της διαίρεσης των ευκαρυωτικών κυττάρων, προήλθαν από τα βασικά σώματα των μαστιγίων.

Το ενδοπλασματικό δίκτυο, το σύμπλεγμα Golgi, τα κυστίδια και τα κενοτόπια μπορεί να προέρχονται από την εξωτερική μεμβράνη του πυρηνικού περιβλήματος. Από μια άλλη άποψη, μερικά από τα οργανίδια που αναφέρονται θα μπορούσαν να έχουν προκύψει μέσω της απλοποίησης μιτοχονδρίων ή πλαστιδίων.

Από πολλές απόψεις, το ζήτημα της προέλευσης του πυρήνα παραμένει ασαφές. Θα μπορούσε επίσης να έχει σχηματιστεί από συμβιωτικό προκαρυώτη; Η ποσότητα του DNA στον πυρήνα των σύγχρονων ευκαρυωτών είναι πολλές φορές μεγαλύτερη από την ποσότητα του στα μιτοχόνδρια και στους χλωροπλάστες. Ίσως κάποιες από τις γενετικές πληροφορίες του τελευταίου να μετακινήθηκαν τελικά στον πυρήνα. Επίσης στη διαδικασία της εξέλιξης υπήρξε περαιτέρω αύξηση στο μέγεθος του πυρηνικού γονιδιώματος.

Επιπλέον, στη συμβιωτική υπόθεση της προέλευσης των ευκαρυωτών, δεν είναι όλα τόσο ξεκάθαρα με το κύτταρο ξενιστή. Μπορεί να μην ήταν ένα είδος προκαρυωτών. Χρησιμοποιώντας μεθόδους σύγκρισης γονιδιώματος, οι επιστήμονες καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι το κύτταρο ξενιστής είναι κοντά στα αρχαία, ενώ συνδυάζει χαρακτηριστικά των αρχαίων και ορισμένων άσχετων ομάδων βακτηρίων. Από αυτό μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η εμφάνιση των ευκαρυωτών συνέβη σε μια πολύπλοκη κοινότητα προκαρυωτών. Ταυτόχρονα, η διαδικασία πιθανότατα ξεκίνησε με τα μεθανογόνα αρχαία, τα οποία εισήλθαν σε συμβίωση με άλλα προκαρυωτικά, η οποία προκλήθηκε από την ανάγκη να ζουν σε περιβάλλον οξυγόνου. Η εμφάνιση φαγοκυττάρωσης συνέβαλε στην εισροή ξένων γονιδίων και ο πυρήνας σχηματίστηκε για την προστασία του γενετικού υλικού.

Η μοριακή ανάλυση έχει δείξει ότι διάφορες ευκαρυωτικές πρωτεΐνες προέρχονται από διαφορετικές ομάδεςπροκαρυώτες.

Στοιχεία για συμβιογένεση

Υπέρ της συμβιωτικής προέλευσης των ευκαρυωτών είναι το γεγονός ότι τα μιτοχόνδρια και οι χλωροπλάστες έχουν το δικό τους DNA, επιπλέον, κυκλικό και δεν σχετίζεται με πρωτεΐνες (αυτό ισχύει και για τους προκαρυώτες). Ωστόσο, τα γονίδια των μιτοχονδρίων και των πλαστιδίων έχουν εσώνια, τα οποία δεν έχουν οι προκαρυώτες.

Τα πλαστίδια και τα μιτοχόνδρια δεν αναπαράγονται από το κύτταρο από την αρχή. Σχηματίζονται από προϋπάρχοντα παρόμοια οργανίδια από τη διαίρεση και την επακόλουθη ανάπτυξή τους.

Επί του παρόντος, υπάρχουν αμοιβάδες που δεν έχουν μιτοχόνδρια, αλλά αντίθετα έχουν βακτήρια συμβίωσης. Υπάρχουν επίσης πρωτόζωα που συμβιώνουν με μονοκύτταρα φύκια, τα οποία λειτουργούν ως χλωροπλάστες στο κύτταρο ξενιστή.

Υπόθεση διείσδυσης για την προέλευση των ευκαρυωτών

Εκτός από τη συμβιογένεση, υπάρχουν και άλλες απόψεις για την προέλευση των ευκαρυωτών. Για παράδειγμα, υπόθεση της κολπίτιδας. Σύμφωνα με αυτήν, ο πρόγονος του ευκαρυωτικού κυττάρου δεν ήταν αναερόβιο, αλλά αερόβιο προκαρυωτικό. Άλλοι προκαρυώτες θα μπορούσαν να προσκολληθούν σε ένα τέτοιο κύτταρο. Στη συνέχεια συνδυάστηκαν τα γονιδιώματά τους.

Ο πυρήνας, τα μιτοχόνδρια και τα πλαστίδια προέκυψαν με εμφύσηση και δέσιμο τμημάτων της κυτταρικής μεμβράνης. Το εξωγήινο DNA μπήκε σε αυτές τις δομές.

Η επιπλοκή του γονιδιώματος συνέβη στη διαδικασία περαιτέρω εξέλιξης.

Η υπόθεση της κολπικής προέλευσης των ευκαρυωτών εξηγεί καλά την παρουσία διπλής μεμβράνης στα οργανίδια. Ωστόσο, δεν εξηγεί γιατί το σύστημα βιοσύνθεσης πρωτεϊνών σε χλωροπλάστες και μιτοχόνδρια είναι παρόμοιο με το προκαρυωτικό, ενώ αυτό στο πυρηνικό-κυτταροπλασματικό σύμπλεγμα έχει βασικές διαφορές.

Λόγοι για την εξέλιξη των ευκαρυωτών

Όλη η ποικιλία της ζωής στη Γη (από πρωτόζωα μέχρι αγγειόσπερμα και θηλαστικά) έδωσε κύτταρα ευκαρυωτικού και όχι προκαρυωτικού τύπου. Γεννιέται το ερώτημα γιατί; Προφανώς, μια σειρά από χαρακτηριστικά που προέκυψαν στους ευκαρυώτες αύξησαν σημαντικά τις εξελικτικές τους ικανότητες.

Πρώτον, οι ευκαρυώτες έχουν ένα πυρηνικό γονιδίωμα που είναι πολλές φορές μεγαλύτερο από την ποσότητα του DNA στα προκαρυωτικά. Ταυτόχρονα, τα ευκαρυωτικά κύτταρα είναι διπλοειδή, επιπλέον, ορισμένα γονίδια επαναλαμβάνονται πολλές φορές σε κάθε απλοειδές σύνολο. Όλα αυτά παρέχουν, αφενός, μια μεγάλη κλίμακα για μεταλλακτική μεταβλητότητα και, αφετέρου, μειώνουν την απειλή μιας απότομης μείωσης της βιωσιμότητας ως αποτέλεσμα μιας επιβλαβούς μετάλλαξης. Έτσι, οι ευκαρυώτες, σε αντίθεση με τους προκαρυωτικούς, έχουν ένα απόθεμα κληρονομικής μεταβλητότητας.

Τα ευκαρυωτικά κύτταρα έχουν έναν πιο περίπλοκο μηχανισμό ρύθμισης της ζωτικής δραστηριότητας, έχουν σημαντικά περισσότερα διαφορετικά ρυθμιστικά γονίδια. Επιπλέον, τα μόρια του DNA σχημάτισαν σύμπλοκα με πρωτεΐνες, τα οποία επέτρεψαν τη συσκευασία και την αποσυσκευασία του κληρονομικού υλικού. Όλα μαζί, αυτό κατέστησε δυνατή την ανάγνωση πληροφοριών σε μέρη, μέσα διαφορετικούς συνδυασμούςκαι ποσότητα σε διαφορετικές χρονικές στιγμές. (Εάν τα προκαρυωτικά κύτταρα μεταγράφουν σχεδόν όλες τις πληροφορίες του γονιδιώματος, τότε συνήθως λιγότερο από το μισό μεταγράφεται σε ευκαρυωτικά κύτταρα.) Χάρη σε αυτό, οι ευκαρυώτες θα μπορούσαν να εξειδικευτούν, να προσαρμοστούν καλύτερα.

Οι ευκαρυώτες ανέπτυξαν μίτωση και μετά μείωση. Η μίτωση επιτρέπει την αναπαραγωγή γενετικά όμοιων κυττάρων και η μείωση αυξάνει σημαντικά τη συνδυαστική μεταβλητότητα, η οποία επιταχύνει την εξέλιξη.

Σημαντικό ρόλο στην ευημερία των ευκαρυωτών έπαιξε η αερόβια αναπνοή που απέκτησε ο πρόγονός τους (αν και πολλοί προκαρυώτες την έχουν επίσης).

Στην αυγή της εξέλιξής τους, οι ευκαρυώτες απέκτησαν μια ελαστική μεμβράνη που παρείχε τη δυνατότητα φαγοκυττάρωσης και μαστίγια που τους επέτρεπε να κινηθούν. Αυτό κατέστησε δυνατό να τρώτε πιο αποτελεσματικά.

Ρώσοι παλαιοντολόγοι έχουν τοποθετήσει μια βόμβα κάτω από παραδοσιακές απόψεις για την προέλευση της ζωής στον πλανήτη. Η ιστορία της γης πρέπει να ξαναγραφτεί.

Πιστεύεται ότι η ζωή ξεκίνησε στον πλανήτη μας πριν από περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια. Και οι πρώτοι κάτοικοι της Γης ήταν βακτήρια. Δισεκατομμύρια μεμονωμένα άτομα σχημάτισαν αποικίες που κάλυπταν τις τεράστιες εκτάσεις του βυθού με ένα ζωντανό φιλμ. Οι αρχαίοι οργανισμοί ήταν σε θέση να προσαρμοστούν στις πραγματικότητες της σκληρής πραγματικότητας. Υψηλές θερμοκρασίεςκαι τα ανοξικά περιβάλλοντα είναι συνθήκες υπό τις οποίες κάποιος προτιμά να πεθάνει παρά να μείνει ζωντανός. Όμως τα βακτήρια επέζησαν. Ο μονοκύτταρος κόσμος μπόρεσε να προσαρμοστεί σε ένα επιθετικό περιβάλλον λόγω της απλότητάς του. Ένα βακτήριο είναι ένα κύτταρο που δεν έχει πυρήνα μέσα. Τέτοιοι οργανισμοί ονομάζονται προκαρυώτες. Ο επόμενος γύρος εξέλιξης σχετίζεται με ευκαρυώτες - κύτταρα με πυρήνα. Η μετάβαση της ζωής στο επόμενο στάδιο ανάπτυξης συνέβη, όπως ήταν πεπεισμένοι οι επιστήμονες μέχρι πρόσφατα, περίπου πριν από 1,5 δισεκατομμύριο χρόνια. Σήμερα όμως οι απόψεις των ειδικών για αυτήν την ημερομηνία διίστανται. Αφορμή για αυτό ήταν η συγκλονιστική δήλωση ερευνητών από το Παλαιοντολογικό Ινστιτούτο της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών.

Δώσε μου αέρα!

Οι προκαρυώτες έπαιξαν σημαντικό ρόλο στην ιστορία της εξέλιξης της βιόσφαιρας. Χωρίς αυτούς, δεν θα υπήρχε ζωή στη Γη. Όμως ο κόσμος των όντων χωρίς πυρηνικά στερήθηκε την ευκαιρία να αναπτυχθεί σταδιακά. Ό,τι ήταν οι προκαρυώτες πριν από 3,5-4 δισεκατομμύρια χρόνια, έχουν παραμείνει σχεδόν ίδιοι μέχρι σήμερα. Ένα προκαρυωτικό κύτταρο δεν είναι σε θέση να δημιουργήσει έναν πολύπλοκο οργανισμό. Για να προχωρήσει η εξέλιξη και να δημιουργήσει πιο σύνθετες μορφές ζωής, χρειαζόταν ένας άλλος, πιο τέλειος τύπος κυττάρου - ένα κύτταρο με πυρήνα.

Της εμφάνισης των ευκαρυωτών είχε προηγηθεί ένα πολύ σημαντικό γεγονός: Οξυγόνο εμφανίστηκε στην ατμόσφαιρα της Γης. Κύτταρα χωρίς πυρήνες θα μπορούσαν να ζήσουν σε ένα περιβάλλον χωρίς οξυγόνο, αλλά οι ευκαρυώτες δεν μπορούσαν πλέον. Οι πρώτοι παραγωγοί οξυγόνου, πιθανότατα, ήταν τα κυανοβακτήρια, τα οποία βρέθηκαν αποτελεσματική μέθοδοςφωτοσύνθεση. Τι θα μπορούσε να είναι; Αν πριν από αυτό τα βακτήρια χρησιμοποιούσαν υδρόθειο ως δότη ηλεκτρονίων, τότε κάποια στιγμή έμαθαν πώς να παίρνουν ένα ηλεκτρόνιο από το νερό.

«Η μετάβαση στη χρήση ενός τέτοιου σχεδόν απεριόριστου πόρου όπως το νερό έχει ανοίξει εξελικτικές ευκαιρίες για τα κυανοβακτήρια», λέει ο Alexander Markov, ερευνητής στο Παλαιοντολογικό Ινστιτούτο της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών. Αντί για το συνηθισμένο θείο και θειικά άλατα, άρχισε να απελευθερώνεται οξυγόνο κατά τη φωτοσύνθεση. Και τότε, όπως λένε, άρχισαν τα πιο ενδιαφέροντα. Η εμφάνιση του πρώτου οργανισμού με κυτταρικό πυρήνα άνοιξε ευρείες ευκαιρίες για την εξέλιξη όλης της ζωής στη Γη. Η ανάπτυξη των ευκαρυωτών έχει οδηγήσει στην εμφάνιση τέτοιων πολύπλοκων μορφών όπως τα φυτά, οι μύκητες, τα ζώα και, φυσικά, οι άνθρωποι. Όλα έχουν τον ίδιο τύπο κυττάρου, στο κέντρο του οποίου βρίσκεται ο πυρήνας. Αυτό το στοιχείο είναι υπεύθυνο για την αποθήκευση και τη μετάδοση γενετικών πληροφοριών. Επηρέασε επίσης το γεγονός ότι οι ευκαρυωτικοί οργανισμοί άρχισαν να αναπαράγονται μέσω της σεξουαλικής αναπαραγωγής.

Βιολόγοι και παλαιοντολόγοι έχουν μελετήσει το ευκαρυωτικό κύτταρο με όσο το δυνατόν περισσότερες λεπτομέρειες. Υπέθεσαν ότι γνώριζαν και τον χρόνο προέλευσης των πρώτων ευκαρυωτών. Οι ειδικοί κάλεσαν τους αριθμούς πριν από 1-1,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Αλλά ξαφνικά αποδείχθηκε ότι αυτό το γεγονός συνέβη πολύ νωρίτερα.

απροσδόκητο εύρημα

Το 1982, ο παλαιοντολόγος Boris Timofeev διεξήγαγε μια ενδιαφέρουσα μελέτη και δημοσίευσε τα αποτελέσματά του. Στα πετρώματα του Αρχαίου και του Κάτω Προτεροζωικού (2,9-3 δισεκατομμύρια χρόνια) στην επικράτεια της Καρελίας, ανακάλυψε ασυνήθιστους απολιθωμένους μικροοργανισμούς μεγέθους περίπου 10 μικρομέτρων (0,01 χιλιοστά). Τα περισσότερα ευρήματα είχαν σφαιρικό σχήμα, η επιφάνεια του οποίου ήταν καλυμμένη με πτυχώσεις και σχέδια. Ο Timofeev πρότεινε ότι ανακάλυψε ακριτάρχους - οργανισμούς που ταξινομούνται ως εκπρόσωποι των ευκαρυωτών. Προηγουμένως, οι παλαιοντολόγοι βρήκαν παρόμοια δείγματα οργανικής ύλης μόνο σε νεότερα κοιτάσματα - ηλικίας περίπου 1,5 δισεκατομμυρίων ετών. Ο επιστήμονας έγραψε για αυτή την ανακάλυψη στο βιβλίο του. "Η ποιότητα εκτύπωσης αυτής της έκδοσης ήταν απλά τρομερή. Γενικά ήταν αδύνατο να καταλάβουμε οτιδήποτε από τις εικονογραφήσεις. Οι εικόνες ήταν θολές γκρι κηλίδες", λέει ο Alexander Markov, "έτσι δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι οι περισσότεροι αναγνώστες, έχοντας ξεφυλλίσει αυτό το έργο, το πέταξε στην άκρη, με ασφάλεια για να μην τον ξεχάσει». Η αίσθηση, όπως συμβαίνει συχνά στην επιστήμη, βρισκόταν για πολλά χρόνια σε ένα ράφι.

Ο διευθυντής του Παλαιοντολογικού Ινστιτούτου της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών, Διδάκτωρ Γεωλογικών και Ορυκτολογικών Επιστημών, Αντεπιστέλλον Μέλος της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών Alexei Rozanov θυμήθηκε εντελώς τυχαία το έργο του Timofeev. Αποφάσισε για άλλη μια φορά, χρησιμοποιώντας σύγχρονες συσκευές, να εξερευνήσει τη συλλογή δειγμάτων Καρελίας. Και πολύ γρήγορα πείστηκε ότι είχε πραγματικά μπροστά του οργανισμούς που μοιάζουν με ευκαρυωτικά. Ο Ροζάνοφ είναι σίγουρος ότι η ανακάλυψη του προκατόχου του είναι μια σημαντική ανακάλυψη, η οποία είναι ένας καλός λόγος για να αναθεωρηθούν οι υπάρχουσες απόψεις για την εποχή της πρώτης εμφάνισης των ευκαρυωτών. Πολύ γρήγορα, η υπόθεση είχε υποστηρικτές και αντιπάλους. Αλλά ακόμη και εκείνοι που συμμερίζονται τις απόψεις του Rozanov μιλούν με συγκράτηση για αυτό το θέμα: "Καταρχήν, η εμφάνιση ευκαρυωτών πριν από 3 δισεκατομμύρια χρόνια είναι δυνατή. Αλλά είναι δύσκολο να αποδειχθεί", πιστεύει ο Alexander Markov. Το μέσο μέγεθοςτα προκαρυωτικά κυμαίνονται από 100 νανόμετρα έως 1 μικρό, οι ευκαρυώτες - από 2-3 έως 50 μικρόμετρα. Στην πραγματικότητα, τα διαστήματα επικαλύπτονται. Οι ερευνητές βρίσκουν συχνά δείγματα τόσο γιγάντιων προκαρυωτών όσο και μικροσκοπικών ευκαρυωτών. Το μέγεθος δεν είναι 100% απόδειξη. Πραγματικά δεν είναι εύκολο να δοκιμαστεί η υπόθεση. Δεν υπάρχουν άλλα δείγματα ευκαρυωτικών οργανισμών στον κόσμο που εξάγονται από τα αρχαία κοιτάσματα. Επίσης δεν είναι δυνατό να συγκριθούν αρχαία αντικείμενα με τα σύγχρονά τους, επειδή οι απόγονοι των ακριτικών δεν επέζησε μέχρι σήμερα.

Επανάσταση στην επιστήμη

Παρόλα αυτά, μια μεγάλη φασαρία προέκυψε στην επιστημονική κοινότητα γύρω από την ιδέα του Ροζάνοφ. Κάποιος κατηγορηματικά δεν δέχεται το εύρημα του Timofeev, γιατί είναι σίγουρος ότι πριν από 3 δισεκατομμύρια χρόνια δεν υπήρχε οξυγόνο στη Γη. Άλλοι μπερδεύονται από τον παράγοντα θερμοκρασίας. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι αν εμφανίζονταν ευκαρυωτικοί οργανισμοί κατά την εποχή των Αρχαίων, τότε, χοντρικά μιλώντας, θα είχαν μαγειρευτεί αμέσως. Ο Aleksey Rozanov λέει τα εξής: "Συνήθως, παράμετροι όπως η θερμοκρασία, η ποσότητα οξυγόνου στον αέρα και η αλατότητα του νερού προσδιορίζονται με βάση γεωλογικά και γεωχημικά δεδομένα. Προτείνω μια διαφορετική προσέγγιση. Πρώτα, αξιολογήστε το επίπεδο βιολογικής οργάνωσης με βάση παλαιοντολογικά ευρήματα. Στη συνέχεια, με βάση αυτά τα δεδομένα, καθορίστε πόσο οξυγόνο θα έπρεπε να περιέχεται στην ατμόσφαιρα της Γης, ώστε η μία ή η άλλη μορφή ζωής να μπορεί να αισθάνεται φυσιολογική. στην περιοχή αρκετού τοις εκατό του τρέχοντος επιπέδου.Εάν εμφανιστεί ένα σκουλήκι, η περιεκτικότητα σε οξυγόνο θα έπρεπε να ήταν ήδη δεκάδες τοις εκατό. Έτσι, είναι δυνατό να συνταχθεί ένα γράφημα που να αντικατοπτρίζει την εμφάνιση των οργανισμών διαφορετικά επίπεδαοργάνωση ανάλογα με την αύξηση του οξυγόνου και τη μείωση της θερμοκρασίας. «Ο Aleksey Rozanov τείνει να απωθήσει όσο το δυνατόν περισσότερο τη στιγμή της εμφάνισης του οξυγόνου στο παρελθόν και να μειώσει τη θερμοκρασία της αρχαίας Γης στο μέγιστο.

Εάν είναι δυνατόν να αποδειχθεί ότι ο Timofeev βρήκε απολιθωμένους μικροοργανισμούς που μοιάζουν με ευκαρυωτικά, αυτό θα σημαίνει ότι στο εγγύς μέλλον η ανθρωπότητα θα πρέπει να αλλάξει τη συνηθισμένη ιδέα για την πορεία της εξέλιξης. Αυτό το γεγονός θα μας επιτρέψει να πούμε ότι η ζωή στη Γη εμφανίστηκε πολύ νωρίτερα από το αναμενόμενο. Επιπλέον, αποδεικνύεται ότι είναι απαραίτητο να αναθεωρηθεί η εξελικτική χρονολογία της ζωής στη Γη, η οποία, όπως αποδεικνύεται, είναι σχεδόν 2 δισεκατομμύρια χρόνια παλαιότερη. Αλλά σε αυτή την περίπτωση, παραμένει ασαφές πότε, πού, σε ποιο στάδιο ανάπτυξης συνέβη η διακοπή της εξελικτικής αλυσίδας ή γιατί επιβραδύνθηκε η πορεία της. Με άλλα λόγια, είναι εντελώς ασαφές τι συνέβη στη Γη για 2 δισεκατομμύρια χρόνια, όπου κρύβονταν οι ευκαρυώτες όλο αυτό το διάστημα: σχηματίστηκε πάρα πολύ λευκή κηλίδα στην ιστορία του πλανήτη μας. Απαιτείται άλλη μια αναθεώρηση του παρελθόντος και αυτό είναι ένα κολοσσιαίο έργο στο εύρος του, που, ίσως, δεν θα τελειώσει ποτέ.

ΑΠΟΨΕΙΣ

Ισόβια

Vladimir Sergeev, Διδάκτωρ Γεωλογίας και Ορυκτολογίας, Κορυφαίος Ερευνητής στο Γεωλογικό Ινστιτούτο της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών:

Κατά τη γνώμη μου, θα πρέπει να είναι κανείς πιο προσεκτικός με τέτοια συμπεράσματα. Τα δεδομένα του Timofeev βασίζονται σε υλικό με δευτερεύουσες αλλαγές. Και αυτό είναι το βασικό πρόβλημα. Τα κύτταρα των οργανισμών που μοιάζουν με ευκαρυωτικά αποικοδομήθηκαν χημικά και μπορούσαν να καταστραφούν από βακτήρια. Θεωρώ απαραίτητη την επανεξέταση των ευρημάτων του Timofeev. Όσον αφορά τον χρόνο εμφάνισης των ευκαρυωτών, οι περισσότεροι ειδικοί πιστεύουν ότι εμφανίστηκαν πριν από 1,8-2 δισεκατομμύρια χρόνια. Υπάρχουν μερικά ευρήματα των οποίων οι βιοδείκτες υποδεικνύουν την εμφάνιση αυτών των οργανισμών πριν από 2,8 δισεκατομμύρια χρόνια. Κατ' αρχήν, αυτό το πρόβλημα σχετίζεται με την εμφάνιση οξυγόνου στην ατμόσφαιρα της Γης. Είναι γενικά αποδεκτό ότι σχηματίστηκε πριν από 2,8 δισεκατομμύρια χρόνια. Και ο Alexei Rozanov σπρώχνει αυτή τη φορά πίσω στα 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Από την άποψή μου, αυτό δεν είναι αλήθεια.

Alexander Belov, Παλαιοανθρωπολόγος:

Όλα όσα βρίσκει η επιστήμη σήμερα είναι μόνο ένα κλάσμα του υλικού που μπορεί να υπάρχει ακόμα στον πλανήτη. Οι σωζόμενες μορφές είναι πολύ σπάνιες. Το γεγονός είναι ότι απαιτούνται ειδικές συνθήκες για τη διατήρηση των οργανισμών: υγρό περιβάλλον, έλλειψη οξυγόνου και ανοργανοποίηση. Οι μικροοργανισμοί που ζούσαν στην ξηρά, γενικά, δεν μπορούσαν να φτάσουν στους ερευνητές. Οι επιστήμονες κρίνουν τι είδους ζωή υπήρχε στον πλανήτη με μεταλλοποιημένες ή απολιθωμένες δομές. Το υλικό που πέφτει στα χέρια των επιστημόνων είναι ένα ανάμεικτο κομμάτια από διαφορετικές εποχές. Τα κλασικά συμπεράσματα σχετικά με την προέλευση της ζωής στη Γη μπορεί να μην ανταποκρίνονται στην πραγματικότητα. Κατά τη γνώμη μου, δεν αναπτύχθηκε από απλό σε σύνθετο, αλλά εμφανίστηκε αμέσως.

Maya Prygunova, περιοδικό Itogi Νο. 45 (595)