Рождение эукариот

06.04.2018

Несмотря на то, что наши статьи не являются научно-методическими пособиями и написаны в легкой, научно-популярной форме, сложность темы обязывает нас обратить Ваше внимание на ряд предыдущих статей, где объясняются некоторые термины и понятия, используемые здесь:

Так выглядел мир, когда эволюционировали первые эукариоты, наши с Вами предки. Цианобактерии активно насыщали кислородом атмосферу Земли и строили первые биогенные элементы рельефа - строматолиты. Вон они, овальные камни, рассеянные в полосе прибоя
Так выглядел мир, когда эволюционировали первые эукариоты, наши с Вами предки. Цианобактерии активно насыщали кислородом атмосферу Земли и строили первые биогенные элементы рельефа - строматолиты. Вон они, овальные камни, рассеянные в полосе прибоя

Первая живая клетка

Не так давно были открыты загадочные археи, живые организмы, похожие на бактерий, но не являющиеся ими. Сейчас их принято выделять в отдельный таксон наряду с прокариотами (бактериями) и эукариотами (всеми животными, растениями, грибами). По предположению ученых, археи являются самыми близкими к изначальной форме жизни созданиями. Бактерии эволюционировали из архееподобных предков в сторону упрощения, а эукариоты - в сторону усложнения организмов, археям же присущи многие свойства и тех, и других.По аналогии с археями ученые реконструируют предположительное строение первой живой клетки. Она была заключена в двухслойную оболочку, могла питаться, пропуская через нее мелкие молекулы, и имела метаболизм, основыванный на низкомолекулярных углеродных соединениях. ДНК в клетке архея расположена непосредственно в цитоплазме, не отделенная никакими мембранами.Но как же из этой примитивной системы, еще вчера являвшейся голой молекулой РНК, возникла настоящая ядерная клетка эукариотов, то есть и нас с Вами? Есть две основные теории, отвечающие на этот вопрос.

Мы не станем здесь серьезно рассматривать концепции создания жизни иным разумом или панспермии, занесения ее из космоса, так как эти теории ничего не объясняют. Откуда, в таком случае, взялся иной разум или готовая жизнь, странствующая в космическом пространстве?
Мы не станем здесь серьезно рассматривать концепции создания жизни иным разумом или панспермии, занесения ее из космоса, так как эти теории ничего не объясняют. Откуда, в таком случае, взялся иной разум или готовая жизнь, странствующая в космическом пространстве?

Аутогенез

Самое простое решение - объяснить образование клеточных органелл и ее уникальных свойств следствием мутаций и естественного отбора, поддерживающего удачные изменения. Аутогенная гипотеза предполагает постепенное образование внутренних структур клетки за счет развития имеющихся свойств и возможностей организма.Никаких реликтовых организмов, на примере которых можно было бы продемонстрировать разные стадии образования обычных клеточных органелл на сегодняшний день не обнаружено. Только у некоторых видов бактерий можно различить что-то вроде дополнительной мембраны вокруг ядра, назначение которой не совсем ясно. Для обоснования аутогенной гипотезы ее сторонники указывают на мезосомы современных бактерий. Мезосомы - это особые мембранные структуры, образующиеся из втянутых внутрь клетки участков оболочки. Назначение их точно не известно, однако предполагается, что мезосомы участвуют в образовании внутриклеточных мембранных структур и в процессе репликации ДНК. Мезосомы вполне могли послужить основой для образования оформленного клеточного ядра и других органелл.Вариантом аутогенной теории является мезомембранная гипотеза, предполагающая что на каком-то этапе эволюции клетка выработала дополнительную защитную мембрану. В результате первоначальная мембрана сконцентрировалась вокруг ядра для защиты генетической информации.

Эндосимбиоз

Еще в XIX веке русский ученый К.С. Мережковский обратил внимание на некоторые свойства хлоропластов растений, предположив, что эти органеллы являются симбионтами клетки, захваченными ей на заре эволюции. Гипотеза Мережковского подтвердилась после открытия генетического аппарата живой клетки. Оказалось, что хлоропласты, как и митохондрии клеток животных, не только обладают двойной мембраной, как самостоятельные клетки, но и собственной ДНК! Причем ДНК митохондрий и хлоропластов имеет кольцевую структуру, как у прокариот и археев, а не линейную, как у эукариот. Митохондрии и хлоропласты размножаются самостоятельно внутри клетки, пользуясь для репродукции в основном собственной ДНК. Но, судя по всему, некоторые участки кода этих органелл утеряны, а функции синтеза нужных белков переданы клеточному ядру.В свете теории эндосимбиоза ядро эукариот первоначально представляло собой самостоятельную клетку архея, встроившуюся в клетку бактерии-прокариота. Впоследствии у архея редуцировались клеточные, а у бактерии ядерные функции.

На этой иллюстрации отражены образование оболочки ядра из мезосом (складок клеточной мембраны) и захват симбионтов, будущих митохондрий и хлоропластов. Теории не столько противоречат друг другу, сколько дополняют, разные органеллы клетки могут иметь разное происхождение
На этой иллюстрации отражены образование оболочки ядра из мезосом (складок клеточной мембраны) и захват симбионтов, будущих митохондрий и хлоропластов. Теории не столько противоречат друг другу, сколько дополняют, разные органеллы клетки могут иметь разное происхождение

Другие гипотезы появления эукариот

Для многих одноклеточных организмов характерно образование спор. В мире архей и бактерий споры служат не для размножения, а скорее для консервации организма в неблагоприятных условиях. Возникающая прочная мембрана защищает клетку от агрессивной среды. Гипотеза споры рассматривает возможность нарушения процесса образования споры в результате мутации, что привело к обособлению клеточного ядра.У прокариот и архей, как уже упоминалось, ДНК хранится в виде кольцевой структуры. Прокариоты и вирусы обладают линейной ДНК. Этот факт, а также некоторые другие химические особенности, одинаковые для вирусов и эукариот, но не встречающиеся у архей и прокариот, позволили сформулировать вирусную теорию образования клеточного ядра. Предполагается, что эукариоты произошли от древних архей, инфицированных ДНК-содержащим вирусом.

Заключение

В общем и целом механизмы образования клеточных органелл и появления нашей с Вами ядерной клетки известны и активно изучаются. Пока что нельзя сказать, какая из теорий победит в большой гонке микробиологов. Скорее всего, элементы многих теорий лягут в основу общей теории цитогенеза, которую еще только предстоит создать, обосновать и доказать.

Мы как всегда будем рады Вашим лайкам и репостам в соцсетях, и станем совсем счастливы, если Вы подпишитесь на канал "Локаята"!