Головна | Про нас | Зворотній зв'язок
Мутації і рекомбінація ДНК (обмін генами) - ось два основних напрямки еволюції бактерій. А як же багатоклітинні організми інших, більших форм життя? Якщо випадкові мутації НЕ служать для них ефективним еволюційним механізмом і якщо вони не обмінюються генами, подібно бактеріям, то як же еволюціонували ці вищі форми життя? Відповідь на це питання була дана Лінн Маргуліс, відкрився третій, зовсім несподіваний напрямок еволюції. Цей напрямок грає найважливішу роль у всіх сферах біології.
Мікробіологам добре відомо, що найбільш фундаментальне поділ усіх форм життя проходить не по лінії «рослини - тварини», як вважає більшість людей, а між двома типами клітин - володіють і не володіють ядром. Бактерії, ці найпростіші форми життя, не мають клітинних ядер і тому називаються також прокариотами ( «без'ядерними клітинами»), тоді як всі інші клітини мають ядрами і називаються еукаріотамі ( «ядерними клітинами»). Всі клітини вищих організмів володіють ядром; еукаріоти існують також у вигляді одноклітинних небактеріальних мікроорганізмів.
Вивчаючи генетику, Маргуліс зацікавилася тим фактом, що в клітці з ядром не всі гени знаходяться саме всередині ядра:
Нас завжди вчили, що гени розташовані в ядрі і що ядро є основним елементом, що управляє клітини. Ще тільки вивчаючи генетику, я дізналася, що існують інші генетичні системи, з іншими патернами спадковості. З самого початку мене зацікавили незаконні гени, розташовані поза ядра17.
Вивчаючи феномен більш докладно, Маргуліс з'ясувала, що всі ці «незаконні гени» походять від бактерій, а потім поступово прийшла до розуміння того, що вони належать окремим живим організмам, маленьким живим клітинам, які перебувають всередині більших клітин.
Найбільш вражаюче свідоцтво еволюції через симбіоз представляють так звані мітохондрії, «силові станції» всередині більшості ядерних клеток18. Ці суттєві складові всіх тварин і рослинних клітин виконують функції клітинного дихання; вони містять свій власний генетичний матеріал і відтворюються незалежно, в тому числі і за часом, від іншої частини клітини. Маргуліс передбачає, що мітохондрії спочатку були вільно мігрують бактеріями, які в давні часи вторглися в інші мікроорганізми і осіли в них на постійне проживання. «Злилися організми продовжували еволюціонувати в більш складні форми життя, що дихають киснем, - пояснює Маргуліс. - Тут, таким чином, ми спостерігаємо еволюційний механізм більш стрімкий, ніж мутація: симбиотический союз, який стає постійним »19.
Теорія симбиогенеза передбачає радикальне зрушення уявлень в еволюційної думки. У той час як традиційна теорія розглядає розкриття життя лише як процес розбіжності видів, Лінн Маргуліс стверджує, що утворення нових складних сутностей через симбіоз перш незалежних організмів завжди представляло більш потужну і важливу еволюційну силу.
Еволюційний розкриття життя в ході мільярдів років - це історія, від якої перехоплює подих. Рухома творчістю, властивим всім живим системам, і виражена в трьох чітко різних напрямках - мутаціях, обміні генами і симбіозі - жива патина планети поширювалася і зміцнювалася, корректируемая природним відбором, у вигляді форм неухильно наростаючої складності. Ця історія чудово розказана Лінн Маргуліс і Доріон Саган в книзі «Мікрокосмос»; в значній мірі за матеріалами їх книги написані наступні страніци21.
Немає свідчень існування якогось плану, мети або причини в глобальному еволюційному процесі, і, отже, немає доказів прогресу; і все ж існують цілком помітні патерни розвитку / Один з них, відомий як конвергенція, являє собою тенденцію організмів до розвитку подібних форм для вирішення подібних проблем, незважаючи на різні родові історії. Так, очі розвивалися не один раз - в різні періоди часу і по різних напрямках - у черв'яків, равликів, комах і хребетних. Подібним же чином, крила незалежно еволюціонували у комах, рептилій, кажанів і птахів. Схоже, що творчість природи не знає меж.
Ще один вражаючий патерн є повторювані катастрофи - свого роду планетарні точки біфуркації, за якими слідують інтенсивні періоди зростання і вдосконалення. Так, небезпечне падіння процентного вмісту водню в земній атмосфері більш ніж два мільярди років тому призвело до однієї з найбільших еволюційних інновацій - використання води в фотосинтезі. Мільйони років тому ця надзвичайно успішна нова біотехнологія породила катастрофічну кризу забруднення - накопичення величезних обсягів токсичного кисню. Кисневий криза, в свою чергу, зумовив еволюцію бактерій, дихаючих киснем: це виявилося ще одним з чудових нововведень життя. Пізніше, 245 мільйонів років тому, слідом за спустошливим, безпрецедентним вимиранням безлічі видів наступила швидка еволюція ссавців; а 66 мільйонів років тому катастрофа, яка стерла динозаврів з лиця Землі, розчистила шлях для еволюції перших приматів і, нарешті, людських істот.
Щоб відобразити схематично процес розкриття життя на Землі, ми використовуємо геологічну шкалу часу, на якій періоди вимірюються в мільярдах років. Процес починається з формування планети
Земля - вогненної кулі розпеченої лави - приблизно чотири з половиною мільярди років тому. Геологи і палеонтологи розбили ці 4,5 мільярда років на численні періоди і підперіоди, зазначені назвами типу «протерозой», «палеозой» або «плейстоцен». На щастя, нам не обов'язково пам'ятати всі ці технічні терміни, щоб уявити собі основні стадії еволюції.
В еволюції життя на Землі ми розрізняємо три досить осяжний епохи, кожна з яких охоплює часовий період від одного до двох мільярдів років і складається з декількох окремих стадій (див. Таблицю на стор. 254). Перша епоха - предбіотичною, протягом якої формувалися умови для виникнення життя. Вона тривала один мільярд років, від формування Землі до виникнення початкових форм життя - перше клітин - близько 3,5 мільярдів років тому. Друга епоха, що тривала повних два мільярди років, - це епоха мікрокосму, коли бактерії та інші мікроорганізми винайшли все базові процеси життя і сформували глобальні цикли зворотного зв'язку для саморегуляції системи Гайи.
Близько 1,5 мільярдів років тому були, в основному, сформовані поверхню і атмосфера Землі в їх нинішньому вигляді; мікроорганізми заповнили повітря, воду і грунт, циклічно переганяючи гази і поживні речовини по своїй планетарної мережі, як вони роблять це і сьогодні; і, нарешті, були створені умови для переходу до третьої епохи життя - макрокосм, - епосі еволюції більших форм життя, включаючи і рід людський.
Протягом першого мільярда років після формування Землі поступово складалися умови для появи життя. Початковий вогненна куля був досить великий для того, щоб утримувати атмосферу. Крім того, він містив основні хімічні елементи, з яких належало сформуватися будівельним блокам життя. Відстань від Сонця виявилося оптимальним - досить далеким, щоб почався процес повільного охолодження і конденсації, і в той же час досить близьким, щоб не настало скраплення і замерзання газів.
Після півмільярда років поступового охолодження пар, що наповнював атмосферу, нарешті Сконденсована; рясні дощі не припинялися тисячоліттями, і на поверхні Землі накопичилося стільки води, що з неї утворилися неглибокі океани. Протягом цього тривалого періоду вуглець - хімічний кістяк життя - активно з'єднувався з воднем, киснем, азотом, сіркою і фосфором, породжуючи нескінченну різноманітність хімічних сполук. Ці шість елементів - С, Н, О, N, S, Р - і зараз є основними хімічними інгредієнтами всіх живих організмів.
Мільярдів років тому