Эволюция клеточных структур. Возникновение эукариот. Возникновение аэробов

Согласно современным представлениям, первыми живыми существами Земли были одноклеточные прокариотические организмы, к которым из современных живых существ ближе всего архебактерии. Полагают, что первоначально в атмосфере и Мировом океане не было свободного кислорода, и в этих условиях жили и развивались лишь анаэробные гетеротрофные микроорганизмы, потреблявшие готовую органику абиогенного происхождения. Постепенно запас органики исчерпывался, и в этих условиях важным шагом в эволюции жизни стало возникновение хемо- и фотосинтезирующих бактерий, которые, используя энергию света и неорганических соединений, превращали углекислый газ в углеводные соединения, служащие пищей для других микроорганизмов. Первые автотрофы, вероятно, также были анаэробами. Переворот в историческом развитии биосферы произошел с появлением цианей, которые стали осуществлять фотосинтез с выделением кислорода. Накопление свободного кислорода, с одной стороны, вызвало массовую гибель примитивных анаэробных прокариот, но, с другой стороны, создало условия для дальнейшей прогрессивной эволюции жизни, так как аэробные организмы способны к гораздо более интенсивному обмену веществ по сравнению с анаэробными.

В настоящее время считается, что на древней Земле одновременно эволюционировали три различные ветви прокариот, характеризовавшиеся разным строением и различными способами получения энергии: архебактерии, эубактерии и уркариоты – предки эукариот. Отдельные представители различных групп эубактерий затем проникли в клетки уркариот и стали сначала их паразитами, а затем – симбионтами, превратившись в митохондрии и хлоропласты. Так на земле появились первые ядерные клетки – эукариоты. Это произошло по разным оценкам примерно 1,4–3,7 млрд лет назад.

Появление эукариотической клетки является вторым по значимости (после зарождения самой жизни) событием биологической эволюции. Благодаря более совершенной системе регуляции генома эукариотических организмов резко возросла приспособляемость одноклеточных организмов, их способность адаптироваться к меняющимся условиям без внесения наследственных изменений в геном. Именно благодаря возможности адаптироваться, то есть изменяться в зависимости от внешних условий, эукариоты смогли стать многоклеточными: ведь в многоклеточном организме клетки с одним и тем же геномом, в зависимости от условий, образуют совершенно разные как по морфологии, так и по функции ткани.

Эволюция эукариот привела к появлению многоклеточности и половому размножению, что, в свою очередь, ускорило темпы эволюции.

Проблема распространенности жизни во Вселенной

Вопрос о распространенности жизни во Вселенной не решен современной наукой. Постулируя, что в условиях, сходных с теми, которые имелись на молодой Земле, развитие живого вполне вероятно, можно прийти к выводу о том, что в бесконечной Вселенной должны встречаться формы жизни, сходные с земными. На этой принципиальной позиции стоят многие ученые. Тем самым подхватывается мысль Джордано Бруно о множественности обитаемых миров.

Во-первых, в метагалактике есть огромное число звезд, похожих на наше Солнце, следовательно, планетные системы могут существовать не только у Солнца. Более того, исследования показали, что некоторые звезды определенных спектральных классов вращаются медленно вокруг своей оси, что может быть вызвано наличием вокруг этих звезд планетных систем. Во-вторых, молекулярные соединения, необходимые для начальной стадии эволюции неживой природы, достаточно распространены во Вселенной и открыты даже в межзвездной среде. При соответствующих условиях жизнь могла возникнуть на планетах у других звезд по типу эволюционного развития жизни на Земле. В-третьих, нельзя исключать возможность существования небелковых форм жизни, принципиально отличных от тех, которые распространены на Земле.

С другой стороны, многие ученые считают, что даже примитивная жизнь представляетсобой настолько сложную структурно и функционально систему, что даже при наличии на какой-либо планете всех необходимых для ее возникновения условий, вероятность ее спонтанного зарождения крайне низка. Если эти соображения справедливы, то жизнь должнабыть крайне редким и возможно, в пределах наблюдаемой Вселенной, уникальным явлением.

Исходя из данных астрономии, можно однозначно заключить, что в Солнечной системе и других ближайших к нам звездных системах условий для образования цивилизаций не существует. Но не исключается существование примитивных форм жизни. Так, группа американских ученых на основе анализа структуры так называемого “марсианского метеорита” считает, что ими обнаружены свидетельства примитивной одноклеточной жизни, существовавшей на Марсе в далеком прошлом. Ввиду скудности подобного материала сейчас нельзя сделать однозначных выводов по данной проблеме. Возможно, в этом помогут будущие марсианские экспедиции.