Читайте также:
|
Итак, жизнь возникла с того момента, когда первичные клетки стали одновременно обладать следующими свойствами:
- липидно-протеиновой мембраной,
- обменом веществ,
- генетической программой.
В эволюции живых систем на смену законам химической эволюции пришли законы биологической эволюции *(также как, кстати, после возникновения человеческого общества на смену законам биологической эволюции пришли законы социальной эволюции).
Теперь живым системам (клеткам) недостаточно было просто выжить. Шел отбор на способность получать энергию наиболее эффективным способом для того чтобы использования ее для создания многочисленного потомства.
Первичные клетки были, вероятно, прокариотного типа и имели обмен веществ гетеротрофного типа. Это обстоятельство было обусловлено тем, что эти клетки жили в первичном океане, который представлял насыщенный раствор органических веществ. Все, что им было необходимо для жизни, находилось во внешней среде (свои энергетические потребности они удовлетворяли за счет насосов Н+ через мембрану и при расщеплении глюкозы до пирувата).
Следующее событие в эволюции жизни связано с исчерпанием запасов органического вещества в океане.
Это послужило причиной возникновения крупного ароморфоза – появления настоящей автотрофности.
Этот эволюционный шаг имел глобальные последствия для биосферы Земли в целом:
· во-первых, стали формироваться экосистемы, не зависящие от наличия органических веществ абиогенного происхождения;
· во-вторых, появление автотрофов привело к наступлению первого экологического кризиса, причиной которого стало накопление в атмосфере биогенного кислорода.
· появление кислорода в атмосфере привело в свою очередь к возникновению в клетках цикла полного биологического окисления (клеточного дыхания с потреблением кислорода). Эволюция этого биохимического процесса, возможно, могла идти следующим путем: на первом этапе к пирувату (продукту расщепления глюкозы) присоединился кислород. Это дает возможность сразу избавиться от двух ядовитых веществ (такой процесс известен у некоторых светлячков и некоторых светящихся бактерий для получения вспышек света). Далее с течением времени в процесс дыхания начали включаться новые и новые этапы (возникновение цикла Кребса, цепи транспорта электронов, фосфорилирования сопряженного с транспортом электронов), что повышало эффективность расщепления пирувата.
Появление кислорода в атмосфере привело к формированию озонового слоя в атмосфере. Этот слой образовался из молекулярного кислорода под действием ионизирующего ультрафиолетового излучения в верхних слоях атмосферы.
Первые живые организмы сначала обитали в воде, которая экранировала их от действия жесткого ультрафиолета и этот фактор, возможно, был тем ограничителем, который препятствовал выходу живого на сушу.
С появлением озонового слоя стал возможным выход живых организмов на сушу, где было много солнечного света и минеральных веществ. Первыми на сушу вышли растения, которые образовали почву, изменили водный сток, что существенно повлияло на климат.
Так организмы начали менять среду обитания.
Происхождение эукариотических клеток (по статье И.С. Кулаева из книги Энциклопедии современного естествознания том 2, М.: Наука Флинта, 1999, 27-30.)
В последние годы с помощью данных молекулярной биологии получены убедительные доказательства о том, что все живые существа подразделяются на три домена (надцарства):
археи, бактерии и эукариоты.
Первые два домена – прокариоты. Напоминаю, что клетки прокариот имеют по сравнению с эукариотами более мелкие размеры, порядка 1 мкм. Они обладают единой мембранной системой, включающей единую цитоплазматическую мембрану и ее выросты, выполняющие специфические функции. Главная их особенность – отсутствие полноценного ядра, изолированного от цитоплазмы мембранными оболочками.
У эукариот – имеется полноценное ядро, они имеют более крупные размеры (в 800 – 900 раз крупнее прокариотических клеток). Для выполнения разнообразных функций у эукариот имеется большой мембранный аппарат, представленный разнообразными органеллами.
Относительно очередности происхождения при помощи молекулярно-генетических методов было доказано, что бактерии и археи произошли раньше чем эукариоты и от общего предка всего живого – прогенота. Это событие произошло более чем 4 млрд лет тому назад. По данным палеонтологов эукариоты, похожие на дрожжеподобные организмы появились на Земле примерно через 500 млн лет после прокариот. При этом в происхождении эукариотических клеток участвовали скорее всего как бактерии так и археи (в недавнем прошлом их называли архебактерии).
Наиболее популярной и достаточно обоснованной является гипотеза о происхождении эукариот путем многократного эндосимбиоза различных прокариот.
По представлениям нобелевских лауреатов А.Клюйвера и К. Ван Нилля, (1959) у древних прокариот произошел отбор клеток, которые имели наиболее экономичные и полифункциональные биохимические реакции. Эти реакции и стали основой обмена веществ у всех живых существ и одновременно стали основой обмена веществ у организмов, обитающих в экстремальных условиях.
Первичные анаэробные прокариоты по-видимому имели анаэробный тип дыхания и были гетеротрофами, питаясь органическими веществами абиогенного происхождения. Когда запас этих веществ в первичном океане истощился, решение проблемы питания было достигнуто двумя путями (по Альбертсу,1986):
- за счет непосредственного усвоения имеющихся в атмосфере азота и углерода (из углекислого газа). Для введения в обмен веществ таких стабильных и термодинамически устойчивых элементов необходима энергия. У прокариот такого типа источником энергии стали процессы хемосинтеза и фотосинтеза. Вероятно, первыми фотосинтетиками стали предки современных цианобактерий (или по терминологии Михайлова и Бондаренко, 2000) цианобионты (в ранге царства). Необходимо отметить, что и в настоящее время цианобионты именно те организмы, которые в результате жизнедеятельности включают углекислый газ и азот атмосферы в состав органических соединений, вовлекая их в биогенный круговорот веществ. Вероятно, у цианобионтов процессы питания не менялись в течение нескольких млрд лет. Появление фотосинтетиков привело к накоплению в атмосфере Земли молекулярного кислорода до 21%.. Часть первичных анаэробных прокариот была вынуждена искать такие экологические ниши, где сохранялись анаэробные условия жизни, из-за большой токсичности для них кислорода. Другие смогли приспособиться к жизни в аэробных условиях, путем возникновения в результате отбора системы ферментов, способных утилизировать кислород для более эффективного окисления пищи. Такие аэробные организмы получили преимущество, они быстрее размножались и быстрее росли, более эффективно используя пищевые ресурсы. Так, используя в качестве субстрата для питания глюкозу, они могли окислять ее, в отличие от анаэробов, до углекислого газа и воды. Тогда как анаэробы могли окислять ее только до этилового спирта, или до масляной кислоты.
- Другое важное приспособление, которое возникло у древних прокариот – способность поедать друг друга в результате фагоцитоза. Возникновение этого приспособления по мнению Альбертса и привело к появлению симбионтов. Симбионтами стали не переваренные прокариотические клетки, которые вступили с клеткой-хозяином во взаимовыгодные взаимоотношения. Появление таких симбионтов могло дать большие преимущества таким клеткам- хозяевам.
Дата добавления: 2015-04-26; просмотров: 24 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |