Эволюция микроорганизмов

Геологическая летопись нашей планеты – останки вымерших су ществ - неопровержимо доказывает, что жизнь на планете менялась: одни вид ы животных и растений исчезали, другие возникали, видоизменялись, порожд ая новые формы. То же, но в меньших масштабах можно наблюдать на изолирова нных островах или других замкнутых территориях: через несколько тысяч и ли даже сотен лет такой изоляции животные и растения уже заметно отличаю тся от живущих по другую сторону водной или иной преграды. Исторические изменения наследств енных признаков организмов называются эволюцией ( от лат. evolutio – «развертывание»). Этот процесс имеет три очень важных следствия. Во-первых, в ходе эволюции возникают новые ви ды, т.е. увеличивается разнообразие форм организмов. Во-вторых, организмы адаптируются к изменениям условий внешней среды; поэтому говорят, что эв олюция имеет приспособительный характер. И наконец, в-третьих, в результ ате эволюции постепенно повышается общий уровень организации живых су ществ: они усложняются и совершенствуются. В те времена – более четырех млрд ле т назад – наша еще очень молодая планета была мало похожа на современну ю: температура ее поверхности была очень высокой(до 8000 градусов Цельсия), в се слагающие планету породы – расплавлены. Даже диаметр Земли был меньш е, чем сейчас, и полный оборот вокруг своей оси она совершала за восемнадц ать часов, а не за двадцать четыре, как сейчас. Поверхность планеты непрер ывно бомбардировали метеориты, в том числе и очень крупные (диаметром не сколько сотен километров!). Чем крупнее они были, тем сильнее разогревала сь земная кора. Когда закончилась эпоха «великой бомбардировки», Земля н ачала постепенно остывать. Породы, слагавшие планету, становились твер дыми и образовывали неровную поверхность. Когда температура упала ниж е ста градусов Цельсия, вода, бывшая до того паром, пролилась на Землю дожд ями и заполнила впадины. Так возник первобытный океан. Атмосфера того вр емени тоже разительно отличалась от нынешней: основными ее составляющи ми были аммиак, метан, водород и водяные пары. Такая атмосфера почти не зад ерживала солнечные лучи, особенно ультрафиолетовые, губительные для жи вых организмов. Как в такой обстановке могла зародиться жизнь? В 1923 г. российский ученый Александр Иванович Опарин предположил, что в условиях первобытной Земли органич еские вещества возникали из простейших соединений – аммиака, метана, во дорода и воды. Энергия, необходимая для подобных превращений, могла быть получена или от ультрафиолетового излучения, или от частых грозовых эле ктрических разрядов – молний. Возможно, эти органический вещества пост епенно накапливались в древнем океане, образуя «первичный бульон», в кот ором зародилась жизнь. По гипотезе А.И.Опарина, в «первичном бульоне» длинные нит еобразные молекулы белков могли сворачиваться в шарики, «склеиваться» друг с другом, укрупняясь. Благодаря этому они становились устойчивыми к разрушающему действию прибоя и ультрафиолетового излучения. Белковые «шарики» в «первичном бульоне» притягивали к себе, связывали молекулы в оды, а также жиров. Жиры оседали на поверхности белковых тел, обволакивая их слоем, структура которого отдаленно напоминала клеточную мембрану. Э тот процесс Опарин назвал коацервацией (от лат. coacervus – «сгусток»), а получившиеся тела – коацерватными кап лями, или просто коацерватами. С течением времени коацерваты поглощали и з окружавшего их раствора все новые порции вещества, их структура усложн ялась до тех пор, пока они не превратились в очень примитивные, но уже живы е клетки. В древней атмосфере не было кислород а. Поэтому первые одноклеточные организмы, подобно современным бактери ям, использовали в качестве окислителя для процессов дыхания и источник а энергии ионы железа и других химических элементов. Более того, кислоро д оказался бы губителен для этих древнейших существ: появившись, он неме дленно разрушил бы их клетки. Однако около 3,5 млрд лет назад произошла пер вая революция. Клетки некоторых примитивных существ приобрели способн ость использовать энергию солнечного света, т.е. фотосинтезировать, соз давая органическое вещество из неорганического. Вероятно, они напомина ли современные синезеленые водоросли. Одновременно эти необычные орга низмы стали выделять в атмосферу кислород. Первые живые существа, спасая сь от ядовитого для них газа, исчезли с поверхности планеты и из верхних с лоев воды в озерах и морях, сохранившись лишь в глубине геологических по род, где были защищены слоем минеральных веществ. Древние синезеленые водоросли полностью изменили Землю: насыщенная кислородом атмосфера изгнала с поверхности примитивных бак терий, но сделала возможным дальнейшее совершенствование других форм, о т которых произошли все современные организмы. Однако до этого было еще далеко, ведь совершенствование живых существ шло крайне медленно. Втора я (после возникновения фотосинтеза) революция произошла около 2,5 млрд лет назад, когда наряду с прокариотическими клетками бактерий и синезелены х водорослей появились эукариотические одноклкточные организмы. Учены е полагают, что они произошли от прокариотов. Главное отличие эукариотич еской клетки – наличие в ней внутриклеточных мембран. Возможно, они воз никли в клетках древних бактерий благодаря впячиваниям их оболочек вну трь. Такие пузырьки превратились в пищеварительные вакуоли, лизосомы и ц истерны эндоплазматической сети. Это приобретение дало древним органи змам явное преимущество: они меньше зависели от окружающей среды, так ка к создавали запасы пищи внутри клеток. Такой организм уже мог перейти к питанию бактериями и син езелеными водорослями, захватывая их выпячиваниями клеточной оболочки и заключая в образующиеся пищеварительные вакуоли, чтобы потом перевар ить. Возможно, этот «хищник» был так прожорлив, что не сразу переваривал « проглоченные» жертвы и сохранял их какое-то время внутри своего однокле точного тела. Попавшие в плен бактерии и одноклеточные синезеленые водо росли научились размножаться внутри большой клетки хищника, а со времен ем даже заключили с ним мир, основанный на взаимной выгоде: бактерии прев ратились в митохондрии, обеспечивающие клетку-хозяина энергией, а синез еленые водоросли – в пластиды (хлоропласты и хромопласты) и стали выпол нять фотосинтез и некоторые другие обязанности. Третья революция случилась около 1,2 млрд лет назад, когда п оявилось половое размножение. В результате резко увеличился обмен насл едственным материалом между организмами и как следствие возросло их мн огообразие, создавшее предпосылки для дальнейшего совершенствования ж изни. Типичным представителем живого организма того времени б ыл воротничковый жгутиконосец – существо, сочетавшее в себе черты совр еменных жгутиконосцев и амеб. Вероятно, этот организм жил, прикрепившись ко дну океана или моря. Можно вообразить также и то, как это создание пита лось. Колеблющийся жгутик направлял воду сквозь отверстия воротничка (в ырост клетчатой стенки в виде кольцевой пластинки). Вода пригоняла мелки е частицы пищи, и они оседали на воротничке, как на ситечке. Эти частицы за хватывало служившее для питания приспособление – ложноножка. В клетке жгутиконосца образовывалась пищеварительная вакуоль, в которой происх одило переваривание частиц, - так же, как это происходит у амеб. В дальнейшем одноклеточные организмы соединялись и жили вместе, образовывая колонию. В такой колонии при многократном делении кл еток становится тесно. Организмы-соседи мешают друг другу добывать необ ходимую пищу. Справиться с проблемой помогает специализация: какие-то о дноклеточные сохраняют только воротнички и жгутики, какие-то, напротив, теряют жгутики, но сохраняют ложноножку. Т.е. разные клетки колонии объед иняются в устойчивые слои. Каждый такой слой, или ткань, имеет определенн ую функцию. Так начинается эволюция многоклеточных организмов.