Предполагалось, что сначала бактерии эволюционировали до эукариот, после чего смогли совершить еще один глобальный эволюционный прорыв, который никак не давался бактериям, — перейти к настоящей многоклеточности. Притом слова «прокариоты» и «бактерии» употреблялись практически как синонимы. Однако в действительности все оказалось несколько сложнее...

 

Надо признаться, что люди довольно мало знают о прокариотах. Связано это с тем, что как следует изучить их можно лишь в лаборатории, а далеко не все из них можно разводить в лабораторных условиях. Долгое время изучались исключительно культивируемые виды, что сродни сюжету известного анекдота — поиску потерянного кошелька под фонарем. Некультивируемых прокариот гораздо больше, чем культивируемых. Не приходится удивляться, что человечество очень долго оставалось в неведении относительно того факта, что далеко не все прокариоты являются бактериями.

 

Открытия, сделанные в 70-х гг. XX в., полностью перевернули старые представления о классификации одноклеточных. Произошло это в ходе изучения метаногенных бактерий-экстремофилов, живущих в слишком горячей или слишком соленой для большинства организмов воде и выделяющих в качестве продукта жизнедеятельности метан. По понятным причинам, подробности их устройства всегда вызывали особенно сильное любопытство. И вот оказалось, что некоторые из этих «бактерий» устроены настолько необычно, что их и бактериями-то не назовешь и в родстве с ранее известными бактериями не заподозришь. И это при огромном внешнем сходстве! Размер клетки, отсутствие оформленного ядра и мембранных органелл, все как у людей, простите, как у бактерий, но биохимия имеет особенности, указывающие на то, что бактерии и новооткрытые незнакомцы возникли и развивались абсолютно независимо друг от друга!

 

Незнакомцы получили название археи, а их первооткрыватель — американский микробилог Карл Ричард Вёзе ввел в употребление трехдоменную систему классификации. Отныне живые организмы надлежало делить не на два, а на три больших домена: бактерии, археи и эукариоты.

 

 

Поначалу решили, что археи — очень экзотические организмы, живущие в очень экзотических условиях. Но когда их стали искать целенаправленно, то выяснилось, что, вопервых, экстемофилов полно и среди настоящих бактерий, а во-вторых, археи встречаются отнюдь не только в горячих вулканических источниках, но практически повсюду: в почве, воде, воздухе, кишечнике высших животных. Возможно, планктонные археи — самая многочисленная группа ныне живущих организмов. Просто раньше они не попадали в поле зрения. Их считали бактериями и не изучали пристально. Во-первых, потому что плохо культивируются, вовторых, потому что, в отличие от бактерий, для человека безвредны. До сих пор не обнаружено ни одного патогенного (болезнетворного) вида. Правда, обитающие в пищеварительном тракте человека и жвачных животных археи осуществляют полезную функцию, помогая пищеварению. Но, как говорила старуха Шапокляк, хорошими делами не прославишься.

 

Итак, исходя из особенностей клетки, все живое делится на три больших домена: бактерии, археи и эукариоты. Причем первые и вторые друг от друга не происходят. А вот от кого происходят эукариоты — это оказалась задача не на одну трубку. Между тем она представляет исключительный интерес. Появление эукариотической клетки (приблизительно 1,6–2,1 млрд лет назад) — важнейший момент биологической эволюции, и вот почему.

 

Бактерии порой образуют колонии, тонкие биопленки и даже трехслойные бактериальные маты. Внутри этих сообществ возможно разделение функций. Казалось бы, это прямой путь к следующему эволюционному этапу — возникновению многоклеточности, но этого не происходит. Прокариотические клетки не способны создавать настоящие многоклеточные организмы. Бактериальные сообщества никогда не переходят грань, отделяющую колонию от единого организма. Составляющие его клетки не меняются настолько, чтобы колония не могла распасться, а ее обитатели вернуться к одиночному образу жизни. Появлению многоклеточных предшествовало еще одно глобальное изменение — возникновение эукариотической клетки, способной в дальнейшем развиваться столь разнообразно, что это привело к дифференциации тканей живых организмов.

клетки, ядро, развитие, ткани, мембрана
 

Помимо наличия оформленного ядра, эукариоты отличаются от бактерий и архей и другими признаками. Самый заметный из них — размер. Прокариоты имеют размеры порядка 1 мкм, эукариотическая клетка — от 10 до 100 мкм. То есть с появлением эукариот линейный размер живых существ на Земле увеличился на порядок. И это означает разницу в объеме в тысячи раз.

 

Еще одним важнейшим отличием является наличие органелл, особых структур, расположенных в цитоплазме эукариотической клетки. Примером органелл могут служить, например, митохондрии, которые выполняют функцию энергетической станции клетки. В них происходит окисление органических соединений и использование освобождающейся при их распаде энергии для генерации электрического потенциала, синтеза аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) и термогенеза.

 

 

Собственно, клетка с органеллами — черновой вариант многоклеточного существа. Когда-то предки органелл были свободными прокариотами и гуляли сами по себе, но были захвачены посторонней клеткой и поставлены ей на службу. В спорах о том, как именно это происходило, сломали много копий.

 

Сначала популярной была теория фагоцитоза, согласно которой одна клетка попросту глотала другую, но не переваривала , а встраивала полезные в хозяйстве элементы в собственный организм. Сейчас эту теорию пересматривают. Но мы забегаем вперед.

 

 Продолжение следует

 

Статья была опубликована в журнале журнале "Наука и техника"

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.

Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!