154

Симбиоз

Часть 2. Сообщество превращается в организм.


"Планета микробов" жила и успешно развивалась в течение миллиарда или более лет, и за это время ее микроскопические обитатели добились немалых успехов. Высшим достижением этого этапа эволюции стали сложные микробные сообщества — бактериальные маты.


По уровню целостности бактериальный мат приближается к настоящему организму. Приближается, но все-таки не достигает этого уровня. Прокариоты так и не смогли преодолеть этот рубеж и дать начало настоящим многоклеточным организмам.

Все развитие прокариотной биосферы строилось на основе одного и того же базового "кирпичика" - прокариотической клетке. При всех бесспорных преимуществах этой универсальной живой единицы, при всем ее умении приспосабливаться почти к любым условиям и извлекать энергию чуть ли не из любого химического процесса в строении прокариотической клетки есть ряд непреодолимых ограничений.


Главное из них связано с отсутствием клеточного ядра. Наследственный материал прокариот (обычно это единственная кольцевая молекула ДНК — кольцевая хромосома) находится прямо в цитоплазме, то есть, образно говоря, в бурлящем биохимическом котле, где происходит обмен веществ и осуществляются тысячи химических реакций. В такой неспокойной обстановке очень трудно развить сложные и эффективные молекулярные механизмы регуляции работы генов.

Эукариоты же, спрятав ДНК в ядре, получили недосягаемую прежде возможность тонкой регуляции работы генов.

Симбиоз Александр Марков, Симбиоз, Биология, Научпоп, Эволюция, Длиннопост

Это позволило клетке радикально менять свои свойства, структуру и облик, не изменяя при этом сам геном, а только усиливая или ослабляя работу разных генов. Именно эта пластичность позволила эукариотам в конце концов стать многоклеточными в строгом смысле этого слова. Ведь в настоящем многоклеточном организме не просто много клеток, а много разных типов клеток (покровные, мышечные, нервные, половые и т. д.) Однако геном у них у всех один и тот же!

Симбиоз Александр Марков, Симбиоз, Биология, Научпоп, Эволюция, Длиннопост

Второй важный конструктивный "недостаток" прокариотической клетки состоит в отсутствии окруженных мембранами органелл. А ведь далеко не все биохимические процессы, которые могли бы оказаться полезными клетке, можно осуществлять в едином "общем котле", каковым является цитоплазма прокариот. Представьте себе, как усложнилась бы работа химика, если бы в его распоряжении имелась лишь одна-единственная пробирка! Прокариоты, конечно, пытались по-своему преодолеть этот недостаток. Если присмотреться к прокариотической клетке повнимательнее, можно заметить, что в распоряжении бактерий на самом деле не одна "пробирка", а две. В роли второй область снаружи от клеточной мембраны (здесь обычно расположено толстое, рыхлое, сложно устроенное многослойное образование — "клеточная стенка"). В толще клеточной стенки могут протекать химические процессы, не совместимые с теми, которые идут в цитоплазме. Но и двух пробирок все-таки мало для хорошей химической лаборатории!

Симбиоз Александр Марков, Симбиоз, Биология, Научпоп, Эволюция, Длиннопост

Эукариоты в этом отношении дадут прокариотам сто очков вперед. Внутренняя среда эукариотической клетки подразделена двойными и одинарными мембранами на множество разнообразных отсеков (ядро, митохондрии, пластиды, эндоплазматическая сеть и т. д.).

Именно из-за этих ограничений прокариоты с самого начала так сильно тяготели к симбиозу. В микробном сообществе разные виды микробов в функциональном отношении соответствуют разным отсекам эукариотической клетки. Сообща микробы могут достичь гораздо большего, чем поодиночке.

Симбиоз Александр Марков, Симбиоз, Биология, Научпоп, Эволюция, Длиннопост

Однако как бы ни были тесны связи в симбиотическом содружестве микробов, сообщество не становится настоящим целостным организмом, потому что оно не может размножаться как единое целое. Каждый из микробов сохраняет способность "сбежать" из сообщества и перейти к самостоятельной жизни, если где-то сложатся подходящие для этого условия; каждый размножается сам по себе и имеет свой собственный индивидуальный геном, который и передает своим потомкам. Поэтому естественный отбор продолжает действовать на уровне отдельных клеток, а не на уровне сообщества. Любая мутация, повышающая жизнеспособность данного конкретного микроба, будет поддержана отбором даже в том случае, если это вредно для сообщества как целого.

Симбиоз Александр Марков, Симбиоз, Биология, Научпоп, Эволюция, Длиннопост

Чтобы преодолеть эти ограничения, прокариотическим клеткам нужно было сделать еще один шаг — вполне естественный и логичный — в сторону дальнейшего усиления интеграции, сплоченности сообщества. Они должны были по-настоящему слиться в единый организм, отказаться от своей клеточной индивидуальности и объединить свои персональные хромосомы в один большой общий геном.

Именно это и случилось в начале протерозойского эона (около 2,0-2,2 млрд лет назад)


В настоящее время в научной литературе обсуждается два или три десятка возможных сценариев превращения сообщества прокариот в эукариотическую клетку. Они разнятся в деталях, но имеют много общего в целом. Общепризнанным считаются следующее: митохондрии и пластиды являются прямыми потомками прокариот. В качестве неоспоримых доказательств своего бактериального происхождения они по сей день сохранили кольцевые хромосомы и способность к самостоятельному размножению путем деления. То есть, даже по прошествии двух с лишним миллиардов лет они все еще держат свои чемоданы собранными.

Симбиоз Александр Марков, Симбиоз, Биология, Научпоп, Эволюция, Длиннопост

А. Марков. "Рождение сложности".


Продолжение следует...

Найдены дубликаты

+5

Жду следующую часть, интересно

раскрыть ветку 2
0

Можно просто книгу прочитать)) И ждать не надо будет)

раскрыть ветку 1
+2

я видимо пропустил строчку про авторство, а ТС обещал еще, почему бы не сказать ему, что его труд ценен и желанен. Пикабу торт только потому что здесь еще что-то осталось, кроме котов, сисок и политики

+3
Поучительно. Только как-то резко заняться пост. Только вчитался и тут "продолжение следует..."
раскрыть ветку 6
+3

Я, наоборот, боюсь отпугнуть слишком большим текстом.

раскрыть ветку 5
+2

О, я с удовольствием прочитал бы целиком. Теперь буду искать книгу

раскрыть ветку 3
+1

Точно. Такой формат для вечернего чтения самый подходящий)

+2

Надо перечитать книжку

раскрыть ветку 1
+1

Ага, я уж 2 раза читал))) Такие шикарные науч-поп книги ещё и тем хороши, что можно перечитывать несколько раз (хотя, как ни жаль,всё равно всё не запомнить)

+1
Маркова жутко интересно читать, но слушать лучше перед сном, вместо колыбельной)
Похожие посты
Возможно, вас заинтересуют другие посты по тегам: