Теория о симбиотической эволюции клеток

Человеческое тело состоит из ~60 трлн клеток, и эти клетки можно назвать эукариотическими. А в толстой кишке ~100 трлн клеток около 100 видов, среди которых – энтеробактерии и патогены: большинство из них – прокариоты. Эукариоты – это такие клетки, у которых есть ядро, в котором содержится ДНК. У прокариотов ядра нет, поэтому ДНК распределена по клетке. 

 

Первыми бактериями, появившимися на Земле, вероятно, были прокариоты. Объясняет эту эволюцию от прокариотов к эукариотам теория о симбиотической эволюции клеток (на самом деле есть ещё одна теория, но в последнее время особенное влияние получила именно теория о симбиотической эволюции клеток). Найденным сейчас останкам самых древних бактерий ~3,2 млрд лет. 

 

Эукариотические клетки, из которых состоят наши тела (сюда включаются тела животных и растений), находятся в симбиозе с несколькими видами прокариотических клеток.

 

Первые бактерии питались абиотическим органическим веществом и в конце концов съели его. Выжили те организмы, которые научились сами производить из неорганических веществ органические вещества и энергию. Среди них впечатляющих успехов добились сине-зелёные бактерии (цианобактерии), применявшие фотосинтез и имевшие в изобилии воду, свет и углекислый газ. 

 

Но было одно фундаментальное противоречие. Кислород был ядом, и живые существа не могли существовать в кислородной среде. Однако они сами в процессе фотосинтеза создавали и выделяли кислород. Количество кислорода, выделенного сине-зелёными бактериями, всё росло. Его содержание в атмосфере увеличилось с 0,0001% до 21%. Это случившееся 2 млрд лет назад событие было самым масштабным загрязнением воздуха за всю историю Земли.

 

В результате этого загрязнения в планетарном масштабе многие животные вымерли. В конечном итоге на сцену вышли бактерии, которые повернули процесс фотосинтеза вспять (сама идея такого резкого поворота удивительна!) и начали процесс дыхания, в котором они смогли использовать яд под названием кислород. При вступлении в реакцию органического вещества и кислорода образуется углекислый газ и вода, и организмы получали большое количество энергии. 

 

Первые бактерии, боящиеся кислородного загрязнения, были вынуждены искать тесного симбиоза с этими оригинальными дышащими бактериями. Как составные части других живых существ эти дышащие бактерии стали митохондриями. Они играют роли энергетических станций, снабжающих энергией всю клетку. А фотосинтезирующие бактерии стали хлоропластами. Таким образом, эукариотические клетки, встретившись с прокариотическими клетками, заключают симбиотические отношения. 

 

В описанной выше теории симбиотической эволюции клеток есть слабое место: она должна была объяснить происхождение клеток с ядром, но объяснение строения ядра в ней слабо.

 

Впервые идея о симбиозе была выдвинута во второй половине 1960-х годов, и её автором была Линн Саган. Она была первой женой того самого Карла Сагана. После развода она сменила фамилию на Маргулис, и сейчас её знают именно под этим именем.