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.

Поиск по сайту: