Jezgra Zemlje i jezgra ćelije - što je uobičajeno?

Jezgra Zemlje i jezgra ćelije – što je uobičajeno?

Aleksandar Vladimirovich Markov,
Doktor bioloških znanosti, viši istraživač, paleontološki institut, ruska akademija znanosti
"Ekologija i život" № 9, 2010

Sudbina života na Zemlji bila je odlučena prije oko 2,6 milijardi godina. Najveća ekološka kriza podudara se s velikim evolucijskim skokom. Ako je katastrofa bila nešto jača, planet bi zauvijek mogao ostati beživotan. Ako je bilo slabije – možda će bakterije i dalje biti jedini stanovnici Zemlje …

Pojava eukariota – živih stanica s jezgrom – drugi je najznačajniji (nakon rođenja samog života) biološki događaj evolucije. O tome kada, kako i zašto se pojavljuje ćelija, i bit će raspravljano.

Život na Zemlji daleko je od prve žive stanice do sisavaca i ljudi. Na tom putu bilo je mnogo epohalnih događaja, mnogo velikih otkrića i genijalnih izuma. Koji je bio najvažniji? Možda formiranje ljudskog mozga ili pojava životinja na kopnu? Ili možda izgled višestaničnih organizama? Znanstvenici su skoro jednoglasni: najveće dostignuće evolucije bilo je pojava stanica modernog tipa – s jezgrom, kromosomima, vakuolima i drugim organima, koje se slabo sjećamo imena školskih dana.Samo stanice iz kojih se naše tijelo sastavlja.

U početku stanice su bile posve drukčije. Nisu imale jezgre, ni vakuole, ni druge "organe", a kromosom je bio samo jedan, a imao je oblik prstena. Tako su do današnjeg dana izgrađene stanice bakterija – prvi stanovnici Zemlje. Između tih primarnih stanica i modernih, poboljšani – ponor je znatno veći nego između meduza i čovjeka. Kako je priroda uspjela prevladati?

Bakterijski svijet

Milijardu godina, ili još više, Zemlja je područje bakterija. Već u najstarijim sedimentnim stijenama zemljane kore (njihova dob je 3,5 milijardi godina), pronađeni su ostaci plavo zelene alge ili cianobakterije. Ovi mikroskopski organizmi danas cvjetaju. Tijekom milijarde godina nisu se mnogo promijenili. Oni koji boju vode u jezerima i ribnjacima u svijetle plavozelenoj boji, a onda kažu da "cvjeta voda". Plavo-zelene alge nikako nisu najprimitivnije od bakterija. Od rođenja života do pojavljivanja cijanobakterija, najvjerojatnije je prošlo mnogo milijuna godina evolucije. Nažalost, tragovi tih drevnih epoha u Zemljinoj kore nisu preživjeli: uništeno nemilosrdno vrijeme i geološke kataklizme, topljenje u vrućim utrobama, sve sedimentne stijene,nastao je u prvim stotinama milijuna godina zemlje.

Cijanobakterije nisu samo drevni organizmi, već i zasluženi. Oni su "izumili" klorofil i fotosintezu. Tijekom mnogo milijuna godina njihovo neprimjetno djelovanje postupno je obogatilo ocean i atmosferu kisikom, što je omogućilo pojavu stvarnih biljaka i životinja. Isprva je sav kisik otišao oksidirati željezo rastopljeno u oceanu. Istaloženo je oksidirano željezo: time se formira najveći talog željezne rude. Tek kad se glačalo "završilo", kisik se počeo nakupljati u vodi i ući u atmosferu.

Barem milijardu godina, cijanobakterije su bili nepodijeljeni vlasnici Zemlje i gotovo jedini stanovnici. Dno oceana prekriveno je plavozelenim tepisima. Ostale bakterije živjele su u tim tepisima, plažasto-zelene. Svi su se savršeno prilagodili jedni drugima i otežanim uvjetima iskonskog oceana. U to vrijeme – arheanska ere (archaea) – bilo je jako vruće na Zemlji. Atmosfera bogata ugljičnim dioksidom stvorila je snažan efekt staklenika. Zbog toga, do kraja Arheana, oceani su se zagrijali na 50-60 ° C.Rastvaranje u vodi, ugljični dioksid pretvoren u kiselinu; vruće kisele vode su ozračene jakim ultraljubičastim zrakom (nakon svega, Zemlja još nije imala suvremenu atmosferu sa štednim ozonskim štitom). Osim toga, velika količina toksičnih metala heavy metal je otopljena u vodi. Stalne erupcije vulkana, emisije pepela i plinova, oštrih promjena u uvjetima okoline – sve to nije pojednostavilo život prvih stanovnika planeta.

Bakterijske zajednice koje su se razvile u tako neuhvatljivom okolišu bile su nevjerojatno otporne i elastične. Zbog toga je njihova evolucija bila vrlo spora. Već su se prilagodili gotovo svemu i nisu se trebali poboljšati. Tako da se život na Zemlji počeo razvijati i postati složeniji, zahtijevao je katastrofu. Bilo je potrebno uništiti ovaj superstabilni bakterijski svijet, koji je izgledao vječno i neuništivo, kako bi se oslobodio životni prostor za nešto novo.

Planetarna katastrofa – stvaranje jezgre zemlje

Dugo očekivana revolucija, koja je zaustavila dugotrajnu stagnaciju i donijela život bakterijske "slijepe ulice", dogodila se prije 2,7-2,5 milijardi godina, na samom kraju arheanskoga doba. Ruski geolozi O.G.Sorokhtin i S. A. Ushakov, autori najnovije fizičke teorije razvoja Zemlje, izračunali su da je u ovom trenutku naš planet preuzeo najveću i najsaskusniju transformaciju u svojoj cjelokupnoj povijesti.

Prema njihovoj hipotezi, uzrok katastrofe bio je pojava željezne jezgre na našem planetu. Od tvorbe Zemlje do kraja Arheova, rastopljena mješavina željeza i njegov bivalentni oksid (FeO) nakupljeni su u gornjim slojevima plašta. Prije otprilike 2,7 milijarde godina, masa tog taljevine premašila je određeni prag, nakon čega je teška, viskozna, crveno-vruća tekućina doslovno "pala" u središte Zemlje, odatle svoju primarnu, lakši jezgru od tamo. Ove grandiozne pokrete velikih masa materije u dubinama planeta slomile su i zgnječile tanku površinsku školjku – Zemljinu koru. Svugdje su izbijali vulkani. Drevni kontinenti su se približili, sudarali i spojili u jedan super-kontinent Monoguyu – upravo iznad mjesta gdje tekuće glačalo teče u unutrašnjost planeta. Duboke stijene koje su došle na površinu kemijski su reagirale s atmosferskim ugljičnim dioksidom, a ubrzo je u atmosferu ostalo gotovo nikakav ugljični dioksid.Učinak staklenika postao je mnogo slabiji, što je dovelo do jakog hlađenja: temperatura oceana pala je od +60 ° C do +6 ° C. Kiselost morske vode iznenada i oštro se smanjila.

To je bio najveći katastrofa. Ali ni ona nije mogla uništiti cijanobakterije. Preživjeli su, iako su bili jako zbijeni. Nestanak atmosfere ugljičnog dioksida značio je za njih snažnu glad, jer cijanobakterije, poput viših biljaka, koriste ugljični dioksid kao sirovinu za sintezu organskih tvari. Bakterirajući tepisi postaju manje. Od čvrstih plavih sagova koji su ispirali morsko dno, bili su komadići. Bakterijski svijet nije umro, ali je bio jako zlostavljan, pojavio se "rupe" i "praznine" u njemu. U tim "ruševinama" i "ruševinama" drevnog svijeta, u toj drevnoj dobi rođeni su prvi organizmi s temeljno drugačijom strukturom – složenijim i savršenijim jednim stanicama koje će postati novi vlasnici planeta.

Pojava stanične jezgre

Bakterijska stanica je složeni živi konstrukt. Ali stanice viših organizama – biljke, životinje, gljive, pa čak i tzv. Protozoe (amebae, infusoria) – mnogo su složenije.Bakterijska stanica nema niti jezgru niti bilo koji drugi "unutarnji" organ koji je okružen membranom. Stoga se bakterije nazivaju "prokarioti" (što u grčkom znači "pred-nuklearni"). U višim organizmima, stanica ima jezgru okruženu dvostrukom omotom (stoga naziv "eukariota", tj. Izražena jezgra), kao i "unutarnji organi", od kojih su najznačajniji mitohondrije (posebne elektrane). Mitohondri razgrađuju organsku tvar na ugljični dioksid i vodu, koristeći kisik kao oksidirajuće sredstvo. Isključivo dišemo kako bi mitokondriji naših stanica dobili kisik. Osim mitohondrija, najznačajniji organi eukariotske stanice su plastidi (kloroplasti), koji se koriste za fotosintezu, koji imaju samo biljke.

Ali glavna stvar u eukariotskoj ćeliji je, naravno, njegova jezgra. Jezgra pohranjuje nasljedne informacije zabilježene u četiri slova jezika genetskog koda u DNA molekulama. Bakterije, naravno, također imaju DNA – jedinu molekulu u obliku prstena koji sadrži sve gene ove vrste bakterija. Ali bakterijska DNA leži u samom okruženju stanice – u svojoj citoplazmi, gdje se odvija aktivni metabolizam.To znači da neposredno okruženje dragocjene molekule nalikuje kemijskoj tvornici ili alkimističkom laboratoriju, gdje stotine tisuća različitih tvari pojavljuju i nestaju svake sekunde. Svaki od njih može potencijalno utjecati na nasljedne informacije, kao i molekularne mehanizme koji čitaju te informacije i "dovode ih u život". U takvim "nehigijenskim" uvjetima, nije lako stvoriti djelotvoran i pouzdan "sustav usluga" – pohranjivanje, čitanje, reprodukcija i popravak DNK. Još je teže stvoriti molekularni mehanizam koji bi mogao "inteligentno" (u skladu sa situacijom) kontrolirati rad takvog sustava.

To je bilo veliko značenje izolacije stanične jezgre. Geni su pouzdano izolirani iz citoplazme sa svojim kemikalijama. Sada je u "mirnoj atmosferi" bilo moguće uspostaviti djelotvoran sustav njihove regulacije. I ispostavilo se da se s istim skupom gena stanica može ponašati sasvim drukčije u različitim uvjetima.

Kao što je dobro poznato, iste knjige se mogu čitati na različite načine (pogotovo ako je knjiga dobra). Ovisno o pripremi, raspoloženju i životnoj situaciji, čitatelj će prvi put naći knjigu i nakon što ga ponovno pročita nakon godinu dana, to će biti sasvim drukčije. Isto vrijedi i za eukariotski genom.Ovisno o uvjetima, ona se "čitaju" na različite načine, a stanice koje se razvijaju kao posljedica ovog "čitanja" također su različite. Tako se pojavio mehanizam ne-nasljedne prilagodljive varijabilnosti, "izum", koji je uvelike povećao stabilnost i održivost organizama.

Bez ovog sustava regulacije gena, višestanične životinje i biljke nikada se nisu pojavile. Uostalom, cijela bit višestaničnog organizma leži u činjenici da genetski identične stanice, ovisno o uvjetima, postaju različite – oni preuzmu ispunjenje različitih funkcija, oblikuju različita tkiva i organe. Prokarioti (bakterije) u načelu nisu sposobni za to.

Kako se prilagoditi promjenjivim uvjetima bakterija? Oni brzo mijenjaju i razmjenjuju gene jedni s drugima. Velika većina njih umire, ali budući da postoji mnogo bakterija, uvijek postoji mogućnost da će jedan od mutanata biti izvediv u novim uvjetima. Metoda je pouzdana, ali monstruozno rasipana. I što je najvažnije – zastoj. S takvom strategijom nema razloga za kompliciranje i poboljšanje. Bakterije nisu sposobne za napredak.Zato se moderne bakterije teško razlikuju od arheanskih.

Najstariji tragovi prisutnosti eukariota nalaze se u sedimentarnim stijenama starim oko 2,7 milijardi godina. Ovo je točno vrijeme kada je Zemlja oblikovala željezničku jezgru. Očigledno, katastrofa, koja je gotovo uništila bakterijski svijet, napravila je zemaljski život ozbiljno razmišljati o pronalaženju novih, boljih načina prilagođavanja promjenjivom okruženju. Život ne može stati, osuđen je na neprekidno poboljšanje. Tako je izgled jezgre zemlje uzrokovalo nukleaciju jezgre stanica.

Integracija Čuda, ili može Tim postati jedno tijelo?

Natrag na početku 20. stoljeća, znanstvenici su primijetili da su plastidi i mitohondrije iznenađujuće slični u strukturi bakterija. Gotovo stoljeće odlazi u prikupljanje činjenica i dokaza, no sada se može smatrati čvrsto utvrđeno da je eukariotska stanica rezultat suživota (simbioze) nekoliko različitih bakterijskih stanica.

S plastidima i mitohondrijima, uistinu, sve je bilo jasno davno. Ti "organi" eukariotske stanice imaju svoju kružnu DNK – točno jednaku onoj bakterija.Oni se samostalno umnožavaju unutar stanice domaćina, jednostavno dijeljenjem na pola, kao što je uobičajeno kod prokariota. Nikada se više ne formiraju, "iz ničega". Po svim pokazateljima, oni su najrealniji bakterije. A možete čak i reći točno koji: mitohondrija nalikuju tzv. Alfa-proteobakterijama, a plastidi su nam već poznati cijanobakterije. Ovi sjajni "izumitelji" klorofila i fotosinteze nikada nisu dijelili svoje "otkriće" s nikim: sve do danas postaju važan unutarnji dio biljnih stanica, oni pod kontrolom gotovo "sve" fotosintezu na planeti (i i gotovo sva proizvodnja organske tvari i kisika!).

Ali odakle dolazi stanica domaćina? Koji je mikrob bio njezin "preci"? Dugo vremena nisu pronašli kandidata za ovu ulogu među živim bakterijama. Činjenica je da se geni eukariota, zatvorenih u jezgri stanice, oštro razlikuju u svojoj strukturi od gena većine bakterija: sastoje se od mnogih zasebnih "semantičkih" komada, odvojeni dugim "besmislenim" segmentima DNA. Da bi "pročitao" takav gen, svi njezini dijelovi moraju biti pažljivo "izrezani" i "zalijepljeni".Normalne bakterije nemaju ništa takve vrste.

Na iznenađenje znanstvenika, "eukariotska" struktura genoma, kao i mnoga druga jedinstvena obilježja eukariota, pronađena je u najčudnijoj i tajanstvenoj grupi prokariotskih organizama – archaebacteria. Ova bića su nevjerojatno otporna: mogu čak i živjeti u kipućoj vodi geotermalnih izvora. U nekim arhebakterijama optimalna temperatura života leži u rasponu od + 90-110 ° C, a na + 80 ° C već počinju zamrzavati.

Sada, većina znanstvenika vjeruje da je eukariotska stanica rezultat činjenice da je neka vrsta archaebacteriuma (možda prilagođena životu u kiseloj i vrućoj vodi) stekla intracelularne stanovnike – simbionte od broja običnih bakterija.

Stručnjaci za dugo vremena nisu mogli shvatiti kako su arheebakteriji uspjeli "progutati" svoje buduće živote – uostalom, prokarioti ne mogu progutati velike čestice. No, nedavno je unutar bakterija otkriven unutarstanični parazitizam. Pokazalo se da neki mikrobi mogu napraviti rupe u staničnom zidu drugih bakterija i ulaze u njihovu citoplazmu. Možda je to tako kako su buduće plastide i mitohondrije prodrli u stanicu domaćina?

Stjecanje intracelularnih cimerica dovelo je do činjenice da se u istoj ćeliji pojavilo nekoliko različitih genoma. Morali su nekako upravljati. Stvaranje takvog vodećeg staničnog centra – ćelije jezgre – postalo je vitalna nužnost. Prema jednoj od hipoteza, nuklearna membrana mogla bi se pojaviti kao slučajni rezultat nekoordiniranog rada nekoliko grupa gena odgovornih za stvaranje staničnih membrana u novojedinjenim bakterijama.

Različiti mikroorganizmi koji su doveli do eukariotske stanice nisu se odmah spojili u jedan organizam. Isprva su jednostavno živjeli zajedno u istoj bakterijskoj zajednici, postupno se prilagodivši jedni drugima i naučavši da imaju koristi od takvog suživota. Kisik koji su oslobodili cyanobakterije bio je otrovan prema njima. U tijeku evolucije, oni su "izumili" mnoge različite načine rješavanja ovog nusproizvoda za život. Jedan od tih načina bio je … disanje. Nedavne studije pokazale su da je kompleks proteinskog enzima, odgovoran za kisik respirator mitohondrija, nastao zbog male promjene u enzimima fotosinteze.Doista, s gledišta kemije, fotosinteza i disanje kisika su iste kemijske reakcije, samo idu u suprotnim smjerovima:

CO2 + H2O + energija ↔ organska tvar.

Dakle, u plažama od cijanobakterija mogu se pojaviti korisni stanovnici – mikrobi sposobni za disanje. Ne samo da su uzeli višak kisika, nego su također proizveli ogromnu količinu energije – dovoljno da se podijele sa svojim susjedima.

Treći član zajednice je archaebacteria. Mogli bi uzeti suvišne organske tvari od cianobakterija, fermentirati ih i time prevesti u oblik koji je "probavljiv" za disanje bakterija.

Takve mikrobne zajednice mogu se naći danas. Život bakterija u takvim zajednicama nastaje iznenađujuće skladno i skladno. Mikrobi su "naučili" čak i razmjenjivati ​​posebne kemijske signale kako bi bolje koordinirali svoje postupke. Osim toga, oni aktivno razmjenjuju gene. Usput, ta sposobnost sprječava borbu protiv zaraznih bolesti: kao posljedica slučajne mutacije, svaka pojedina bakterija dobiva gen otpora novom antibiotiku, jer vrlo brzo druge vrste bakterija mogu zamijeniti taj gen kroz razmjenu. Sve to čini bakterijsku zajednicu sličnu jednom organizmu.

Očigledno, katastrofalni događaji kraja arheanske ere prisiljavali su mikrobne zajednice da idu još dalje na putu integracije. Stanice različitih vrsta bakterija, davno "tlo" i prilagođene jedna drugoj, počele su se sjediniti pod zajedničkom omotnicom. Bilo je neophodno za skladnije, centralizirano reguliranje životnih procesa u krizi.

Zajednica je postala organizam. Pojedine se spojile zajedno, napustivši neovisnost u ime stvaranja nove individualnosti višeg reda.

cigle

Omiljeni argument protivnika teorije evolucije je nemogućnost stvaranja nove složene strukture (na primjer, novog gena) pretraživanjem slučajnih varijanti (mutacije). Anti-evolucionisti tvrde da s istom vjerojatnošću tornado koji je prešao gradski odlagalište može sakupiti svemirski brod od ostataka i ostataka. I oni su apsolutno u pravu!

No, samo velike evolucijske transformacije, naizgled, ne prolaze ni na koji način navodeći brojne male, slučajne mutacije. Primjer porijekla eukariotske stanice – a to je, kao što je već navedeno, najveći evolucijski događaj od pojave života – može se jasno vidjetikao priroda, stvaranje nečega temeljno novog, složenog, progresivnog, vješto koristi gotove, testirane "cigle", sakupljajući ih od dizajnerice, novog organizma. Očigledno, ovaj "blok" princip sastavljanja novih živih sustava prožima cijelu biološku evoluciju i u mnogočemu određuje njezin tempo i karakteristike. Prema ovom principu (od velikih, unaprijed pripremljenih i testiranih blokova), izgrađuju se novi geni, proteini i nove skupine organizama. (Usput, geni arhaebakterija i eukariota bili su podijeljeni u zasebne dijelove, najvjerojatnije, za ovu svrhu: vrlo je pogodno rekombinirati takve blokove.)

Znanost se stalno približava novoj viziji prirode. Postupno počinjemo shvaćati da sve što živi oko nas nije slučajni skup vrsta i oblika, već složen i jedinstven organizam koji se razvija prema svojim nepromjenjivim zakonima. Svaki živi organizam, bilo koja živa stanica, a mi sami smo cigle u velikom "konstruktoru" prirode. I svaka od tih opeka može biti neophodna.

Na temelju članka za magazin "Paradox"


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: