Pirmie eikarioti parādījās laikmetā. Šūnu struktūras evolūcija
9. uzdevums. Blakus laikmetu nosaukumiem uzrakstiet to periodu numurus, kuros tie ir sadalīti.Paleozoic laikmets ir sadalīts periodos:.
Mezozoja laikmets ir sadalīts periodos:.
Cenozoikas laikmets ir sadalīts periodos:.
1. Krītains. 2. antropogēns. 3. Trīsvienība. 4. Ordovičs. 5. Neogēns. 6. Kambrijs. 7. Jurassic. 8. Ilgviļņi. 9. Silurskis. 10. oglekļa. 11. devona. 12. Paleogēns.
10. uzdevums. Uzrakstiet, kurā laikmetā un kurā periodā notika aprakstītie notikumi.
Pirmie augi nonāca zemē.
Rāpuļu valdīšana.
Daudzšūnu organismu rašanās.
Pirmo hordatu izskats.
Eikariotu izskats.
Pirmo mugurkaulnieku piekraste.
Ziedošu augu izskats _.
Fotosintēzes rašanās
Cilvēka izskats
Pirmo zīdītāju izskats
Pirmo putnu parādīšanās ■
11. uzdevums. Kādas aromorfozes nodrošināja šādu organismu grupu rašanos un izplatīšanos?
šīs sistēmas pētījumu veica arī J. Peke un O. Rubeck. Bet detalizētāku šīs sistēmas izpēti ļāva veikt ar elektronu mikroskopiju 20. gadsimtā. Iepriekš minētās sistēmas traukos esošais šķidrums pēc sastāva ir tuvu asinīm un ir saistīts ar venozo sistēmu. Par kuru sistēmu saka? Kurš zinātnieks un kura daļa to atklāja? Kāda veida sadarbība ar asiņu venozo sistēmu notiek?
A1. Kā sauc šūnu zinātni? 1) cytA1. Kā sauc šūnu zinātni? 1) citoloģija 2) histoloģija 3) ģenētika 4) molekulārā bioloģijaA2. Kurš no zinātniekiem atklāja šūnu? 1) A. Levenguk 2) T. Schwann 3) R. Guk 4) R. Virkhov
A3. Kāds ķīmiskais elements dominē šūnas sausnā? 1) slāpeklis 2) ogleklis 3) ūdeņradis 4) skābeklis
A4. Kāda meiozes fāze parādīta attēlā? 1) Anaphase I 2) Metaphase I 3) Metaphase II 4) Anaphase II
A5. Kādi organismi ir chemotrofi? 1) dzīvnieki 2) augi 3) nitrificējošās baktērijas 4) A6 sēnītes. Divslāņu embrija veidošanās notiek periodā 1) sasmalcināšana 2) gastrizācija 3) organoģenēze 4) postembryonic periods
A7. Visu ķermeņa gēnu kopumu sauc 1) ģenētika 2) gēnu fonds 3) genocīds 4) A8 genotips. Otrajā paaudzē ar monohibrīdiem krustiem un ar pilnīgu dominanti rakstzīmju sadalīšana tiek novērota proporcijā 1) 3: 1 2) 1: 2: 1 3) 9: 3: 3: 1 4) 1: 1
A9. Pie fizikāliem mutagēniem faktoriem pieder 1) ultravioletais starojums 2) slāpekļskābe 3) vīrusi 4) benzpirēns
A10. Kurā eikariotu šūnas sadaļā tiek sintezētas ribosomālas RNS? 1) ribosoma 2) raupja EPS 3) nukleola 4) Golgi aparāts
A11. Kāds ir termins DNS fragments, kas kodē atsevišķu olbaltumvielu? 1) kodons 2) antikodons 3) triplets 4) gēns
A12. Nosauciet autotrofisko organismu 1) baraviku sēne 2) amēba 3) tubercle bacillus 4) priede
A13. Kāds ir kodolhromatīns? 1) karioplazma 2) RNS virzieni 3) šķiedru olbaltumvielas 4) DNS un olbaltumvielas
A14. Kurā mejozes posmā notiek šķērsošana? 1) 1. fāze 2) starpfāze 3) II fāze 4) I fāze
A15. Kas veidojas organoģenēzes laikā no ektodermas? 1) akords 2) neironu caurule 3) mezoderma 4) endoderma
A16. Bezšūnu dzīvības forma ir 1) euglena 2) bakteriofāgs 3) streptokoks 4) ciliates
A17. I-RNS olbaltumvielu sintēzi sauc par 1) translāciju 2) transkripciju 3) redukciju 4) disimilāciju
A18. Fotosintēzes vieglajā fāzē: 1) ogļhidrātu sintēze; 2) hlorofila sintēze; 3) oglekļa dioksīda absorbcija; 4) ūdens fotolīze.
A19. Šūnu dalīšana, saglabājot hromosomu kopu, tiek saukta par 1) amitozi 2) mejozi 3) gametoģenēzi 4) mitozi
A20. Plastiskajā vielmaiņā ietilpst 1) glikolīze 2) aeroba elpošana 3) i-RNS ķēdes montāža DNS 4) cietes sadalīšana glikozē
A21. Prokariotu gadījumā DNS molekula 1) ir slēgta gredzenā 2) nav piesaistīta olbaltumvielām 3) timīna vietā satur uracilu 4) ir vienskaitļa
A22. Kur notiek trešais katabolisma posms - pilnīga oksidācija vai elpošana? 1) kuņģī 2) mitohondrijos 3) lizosomās 4) citoplazmā
A23. Aseksuālā pavairošana ietver 1) partenokarpisko augļu veidošanos gurķos 2) partenoģenēzi bitēm 3) tulpju pavairošanu ar sīpoliem 4) pašupputes ziedošos augos
A24. Kāds organisms attīstās bez metamorfozes postembryonic periodā? 1) ķirzaka 2) varde 3) Kolorādo vabole 4) muša
A25. Cilvēka imūndeficīta vīruss ietekmē 1) dzimumdziedzerus 2) T-limfocītus 3) sarkanās asins šūnas 4) ādu un plaušas
A26. Šūnu diferenciācija sākas stadijā 1) blastula 2) neirula 3) zigota 4) gastrula
A27. Kas ir olbaltumvielu monomēri? 1) monosaharīdi 2) nukleotīdi 3) aminoskābes 4) fermenti
A28. Kurā organoīdā notiek vielu uzkrāšanās un sekretoro pūslīšu veidošanās? 1) Golgi aparāts 2) raupja EPS 3) plastid 4) lizosoma
A29 Kāda slimība ir iedzimta saistībā ar seksu? 1) kurlums 2) diabēts 3) hemofilija 4) hipertensija
A30. Norādiet nepareizu apgalvojumu. Mejozes bioloģiskā nozīmība ir šāda: 1) palielinās organismu ģenētiskā daudzveidība; 2) mainoties vides apstākļiem palielinās sugas stabilitāte; 3) pastāv pazīmju rekombinēšanas iespēja, šķērsojot vairāk nekā 4) samazinās organismu kombinētās mainīguma varbūtība.
Eukariotu parādīšanās ir nozīmīgs notikums. Mainīja biosfēras struktūru un pavēra principiāli jaunas iespējas progresīvai evolūcijai. Eikariotu šūna ir ilgstošas \u200b\u200bprokariotu pasaules evolūcijas rezultāts - pasaule, kurā dažādi mikrobi pielāgojas viens otram un meklē veidus, kā efektīvi sadarboties.
hronoloģijas skice (atkārtojums)
Chlorochromatium aggregatum fotosintētiskais prokariotu komplekss.
Eikarioti ir radušies vairāku veidu prokariotu simbiozes rezultātā. Prokarioti parasti ir ļoti pakļauti simbiozei (sk. Grāmatas 3. nodaļu “Sarežģītības dzimšana”). Šeit ir interesanta simbiotiskā sistēma, kas pazīstama kā Chlorochromatium aggregatum. Dzīvo dziļos ezeros, kur dziļumā ir apstākļi, kas nesatur skābekli. Centrālā sastāvdaļa ir kustīgas heterotrofiskas beta-proteobaktērijas. Ap to ir sakrautas no 10 līdz 60 fotosintētiskām zaļā sēra baktērijām. Visas sastāvdaļas savieno centrālās baktērijas ārējās membrānas izaugumi. Sabiedrības nozīme ir tāda, ka mobilās beta-proteobaktērijas ved visu uzņēmumu uz vietām, kas ir labvēlīgas izvēlētās sērskābes baktēriju dzīvībai, un sērskābes baktērijas iesaistās fotosintēzē un nodrošina pārtiku sev un beta-proteobaktērijām. Varbūt dažas senas šāda veida mikrobu asociācijas bija eukariotu priekšteči.
Simbioģenēzes teorija. Merežkovskis, Margulis. Mitohondriji ir alfa proteobaktēriju pēcnācēji, plastidi ir zilaļģu pēcnācēji. Grūtāk ir saprast, kurš bija visa pārējā sencis, tas ir, citoplazma un kodols. Eukariotu kodols un citoplazma apvieno arhaea un baktēriju iezīmes, kā arī tai ir daudz unikālu īpašību.
Par mitohondrijiem. Varbūt tieši mitohondriju (nevis kodola) iegūšana bija atslēga eikariotu attīstībā. Lielākā daļa mitohondriju senču gēnu tika nodoti kodolā, kur tie atradās kodolregulējošo sistēmu kontrolē. Šie mitohondriju izcelsmes kodolgēni kodē ne tikai mitohondriju olbaltumvielas, bet arī daudz olbaltumvielu, kas darbojas citoplazmā. Tas liek domāt, ka mitohondriju simbiontam bija nozīmīgāka loma eikariotu šūnas veidošanā nekā paredzēts.
Divu dažādu genomu līdzāspastāvēšanai vienā šūnā bija jāizstrādā efektīva sistēma to regulēšanai. Un, lai efektīvi pārvaldītu liela genoma darbu, ir nepieciešams izolēt genomu no citoplazmas, kurā notiek metabolisms un notiek tūkstošiem ķīmisku reakciju. Kodola apvalks tikai atdala genomu no citoplazmas vētrainajiem ķīmiskajiem procesiem. Simbiontu (mitohondriju) iegūšana varētu būt svarīgs stimuls kodola un gēnu regulēšanas sistēmu attīstībā.
Tas pats attiecas uz seksuālo reprodukciju. Bez seksuālas reprodukcijas jūs varat dzīvot tik ilgi, kamēr jūsu genoms ir pietiekami mazs. Organismi ar lielu genomu, bet bez seksuālas reprodukcijas, ir lemti ātrai izzušanai, ar retiem izņēmumiem.
Alfaproteobakterii - šajā grupā bija mitohondriju priekšteči.
Rhodospirillum ir pārsteidzošs mikroorganisms, kas var dzīvot fotosintēzes dēļ, arī anaerobos apstākļos, kā aerobā heterotrofā, un pat kā aerobā chemoautotroph. Piemēram, tas var augt oglekļa monoksīda CO oksidācijas dēļ, neizmantojot citus enerģijas avotus. Papildus tam viņš arī zina, kā fiksēt atmosfēras slāpekli. Tas ir, tas ir ļoti universāls organisms.
Imūnsistēma mitohondrijus uztver kā baktērijas. Kad traumas laikā iznīcinātās mitohondrijas nonāk asinsritē, izdalās raksturīgās molekulas, kuras atrodamas tikai baktērijās un mitohondrijās (baktēriju gredzena DNS un olbaltumvielas, kuru vienā galā ir īpaša modificēta aminoskābe formilmetionīns). Tas ir saistīts ar faktu, ka olbaltumvielu sintēzes aparāts mitohondrijās palika tāds pats kā baktērijās. Imūnsistēmas šūnas - neitrofīli - reaģē uz šīm mitohondriju vielām tāpat kā baktēriju un ar to pašu receptoru palīdzību. Tas ir skaidrākais mitohondriju baktēriju rakstura apstiprinājums.
Mitohondriju galvenā funkcija ir skābekļa elpošana. Visticamāk, stimuls kodola un citoplazmas anaerobā priekšteča apvienošanai ar “protomitohondriju” bija nepieciešamība pasargāt sevi no skābekļa toksiskās ietekmes.
Kur baktērijas, ieskaitot alfa-proteobaktērijas, radīja skābekļa elpošanai nepieciešamās molekulārās sistēmas? Liekas, ka to pamatā bija fotosintēzes molekulārās sistēmas. Elektronu transporta ķēde, kas veidojās baktērijās kā fotosintēzes aparāta daļa, tika pielāgota skābekļa elpošanai. Dažās baktērijās elektronu transporta ķēžu daļas joprojām tiek izmantotas vienlaicīgi fotosintēzē un elpošanā. Visticamāk, mitohondriju priekšteči bija aerobās heterotrofās alfa-proteobaktērijas, kuras, savukārt, nāca no fotosintētiskām alfa-proteobaktērijām, piemēram, rhodospirillum.
Parasto un unikālo olbaltumvielu domēnu skaits archaea, baktērijās un eukariotos. Olbaltumvielu domēns ir olbaltumvielu molekulas daļa, kurai ir īpaša funkcija un raksturīga struktūra, tas ir, aminoskābju secība. Katrs proteīns, kā likums, satur vienu vai vairākus no šiem strukturāli funkcionālajiem blokiem vai domēniem.
4,5 tūkstošus olbaltumvielu domēnu, kas ir eikarioti, var iedalīt 4 grupās: 1) kopīgs tikai eikariotiem, 2) kopīgs visiem trim suprastatiem, 3) kopīgs eikariotiem un baktērijām, bet nav archaea; 4) kopīgs eikariotiem un arhaea, bet nav baktēriju. Mēs apskatīsim pēdējās divas grupas (tās ir parādītas attēlā), jo par šiem proteīniem var droši runāt par to izcelsmi: attiecīgi baktēriju vai arheālu.
Galvenais ir tas, ka eikariotu domēniem, kas, domājams, ir mantoti no baktērijām un no arhaea, ir būtiski atšķirīgas funkcijas. Domainiem, kas mantoti no archaea (to funkcionālais spektrs ir parādīts kreisajā diagrammā), ir galvenā loma eikariotu šūnas dzīvē. Starp tiem dominē jomas, kas saistītas ar ģenētiskās informācijas glabāšanu, pavairošanu, organizēšanu un lasīšanu. Lielākā daļa “arheālo” domēnu pieder tām funkcionālajām grupām, kurās horizontālā gēnu apmaiņa prokariotos notiek retāk. Acīmredzot eukarioti šo kompleksu saņēma tiešā (vertikālā) mantojumā no archaea.
Starp baktēriju izcelsmes domēniem ir arī proteīni, kas saistīti ar informācijas procesiem, taču to ir maz. Lielākā daļa no viņiem darbojas tikai mitohondrijos vai plastidās. Eikariotu citoplazmatiskajām ribosomām ir arhejas izcelsme, mitohondrijiem un plastidām ribosomām ir baktēriju izcelsme.
Starp eikariotu baktēriju domēniem signālu regulējošo olbaltumvielu īpatsvars ir ievērojami lielāks. Daudzi proteīni, kas mantoti no baktēriju eikariotiem, ir atbildīgi par šūnu reakcijas mehānismiem uz vides faktoriem. Un arī - daudz olbaltumvielu, kas saistītas ar metabolismu (sīkāku informāciju skatīt 3. nodaļā “Sarežģītības dzimšana”).
Eukariotiem ir:
· Arheoloģiskais “kodols” (mehānismi darbam ar ģenētisko informāciju un olbaltumvielu sintēzi)
· Baktēriju "perifērija" (metabolisma un signālu regulēšanas sistēmas)
· Vienkāršākais scenārijs: ARHĀE norija BAKTERIJU (mitohondriju un plastidu senčus) un ieguva no viņiem visus baktēriju simptomus.
· Šis scenārijs ir pārāk vienkāršs, jo eikariotos ir daudz baktēriju olbaltumvielu, kuras nevarētu aizņemties no mitohondriju vai plastidu priekštečiem.
Eukariotos ir daudz “baktēriju” domēnu, kas nav raksturīgi ne zilaļģēm (plastidētiem senčiem), ne alfa-proteobaktērijām (mitohondriju priekštečiem). Tos ieguva no dažām citām baktērijām.
Putni un dinozauri. Protoeikariotu rekonstruēšana ir sarežģīta. Ir skaidrs, ka seno prokariotu grupai, kas izraisīja kodolu un citoplazmu, piemita virkne unikālu īpašību, kuras prokariotiem nav, kas saglabājušās līdz mūsdienām. Kad mēs cenšamies rekonstruēt šī senča izskatu, mēs saskaramies ar faktu, ka hipotēžu iespējas ir pārāk lielas.
Analoģija. Ir zināms, ka putni cēlušies no dinozauriem, nevis no dažiem nezināmiem dinozauriem, bet gan no ļoti specifiskas grupas - maniraptor dinozauri, kas pieder pie theropods, un theropods, savukārt, ir viena no dinozauru grupām. Atradušas daudzas pārejas formas starp bezlidojuma dinozauriem un putniem.
Bet ko mēs varētu teikt par putnu senčiem, ja nebūtu fosilo ierakstu? Labākajā gadījumā mēs uzzinātu, ka krokodili ir putnu tuvākie radinieki. Bet vai mēs varētu atjaunot tiešo putnu senču parādīšanos, tas ir, dinozaurus? Diez vai. Bet tieši šajā situācijā mēs esam, kad mēs cenšamies atjaunot kodola un citoplazmas senča izskatu. Ir skaidrs, ka šī bija noteiktu prokariotu dinozauru grupa, grupa, kas izmira un atšķirībā no īstajiem dinozauriem neatstāja atšķirīgas zīmes ģeoloģiskajā ierakstā. Mūsdienu archaea attiecībā pret eikariotiem ir kā mūsdienu krokodili attiecībā pret putniem. Mēģiniet atjaunot dinozauru struktūru, zinot tikai putnus un krokodilus.
Arguments par labu tam, ka Precambrianā dzīvoja daudz un dažādi mikrobi, nevis tādi kā pašreizējie. Proterozoiskie stromatolīti bija daudz sarežģītāki un daudzveidīgāki nekā mūsdienu. Stromatolīti ir mikrobu kopienu dzīvībai svarīgās aktivitātes produkts. Vai tas nozīmē, ka Proterozoic mikrobi bija daudzveidīgāki nekā mūsdienu, un ka daudzas Proterozoic mikrobu grupas vienkārši līdz mūsdienām neizdzīvoja?
Senču eikariotu kopiena un eikariotu šūnas izcelsme (iespējamais scenārijs)
Hipotētiskā “senču kopiena” ir tipisks baktēriju paklājs, tās augšējā daļā dzīvoja tikai zilaļģu priekšteči, kas vēl nebija pārgājuši uz skābekļa fotosintēzi. Viņi nodarbojās ar anoksigēnu fotosintēzi.Elektronu donors nebija ūdens, bet sērūdeņradis. Sērs un sulfāti tika izolēti kā blakusprodukts.
Otro slāni apdzīvoja purpursarkanās fotosintēzes baktērijas, ieskaitot alfaproteobaktērijas, kas ir mitohondriju priekšteči. Violetas baktērijas izmanto garu viļņu garumu (sarkanu un infrasarkanu). Šiem viļņiem ir labāka iespiešanās. Violetas baktērijas un tagad bieži dzīvo zem zilaļģu slāņa. Violetas alfa-proteobaktērijas kā elektronu donoru izmanto arī sērūdeņradi.
Trešajā slānī bija fermentējošās baktērijas, kas pārstrādā organiskos savienojumus; daži no tiem ūdeņradi izdalīja kā atkritumus. Tas radīja pamatu sulfātus reducējošām baktērijām. Varēja būt metanogeniska arhaea. Starp archaea, kas šeit dzīvo, bija kodola un citoplazmas senči.
Krīzes sākumu ielika zilaļģu pāreja uz skābekļa fotosintēzi. Zilaļģes kā elektronu donoru sāka izmantot parasto ūdeni, nevis sērūdeņradi. Tas pavēra lielas iespējas, bet arī radīja negatīvas sekas. Sēra un sulfātu vietā fotosintēzes laikā sāka izdalīties skābeklis - viela, kas ir ārkārtīgi toksiska visiem senajiem zemes iedzīvotājiem.
Pirmie, kas saskārās ar šo indi, bija tā ražotāji - zilaļģes. Viņi, iespējams, bija pirmie, kas izstrādāja aizsardzības līdzekļus pret to. Fotosintēzē izmantotās elektronu transportēšanas ķēdes tika modificētas un sāka kalpot aerobai elpošanai. Sākotnējais mērķis acīmredzot nebija enerģijas iegūšana, bet tikai skābekļa neitralizēšana.
Drīz vien sabiedrības otrā slāņa - purpura baktēriju - iemītniekiem bija jāizstrādā līdzīgas aizsardzības sistēmas. Tāpat kā zilaļģes, tās veidoja aerobās elpošanas sistēmas, kuru pamatā bija fotosintētiskās sistēmas. Tieši purpursarkanās alfa-olbaltumvielu proteobaktērijās ir izveidojusies vispilnīgākā elpošanas ķēde, kas tagad darbojas eikariotu mitohondrijos.
Kopienas trešajā slānī brīvā skābekļa parādīšanās vajadzēja izraisīt krīzi. Metanogēni un daudzi sulfātu reduktori izmanto molekulāro ūdeņradi, izmantojot hidrogēzes fermentus. Šādi mikrobi nevar dzīvot aerobos apstākļos, jo skābeklis kavē hidrogēzes. Daudzas baktērijas, kas ražo ūdeņradi, savukārt, neaug vidē, kur nav mikroorganismu, kas to izmanto. Acīmredzot no kopienas broileriem palika formas, kas kā galaproduktus izdalīja zemu organisko savienojumu daudzumu (piruvātu, laktātu, acetātu utt.). Šie soļotāji ir izstrādājuši skābekļa aizsargfunkcijas, kas ir mazāk efektīvas. Starp izdzīvojušajiem bija archaea - kodola un citoplazmas senči.
Varbūt šajā krīzes brīdī notika galvenais notikums - ģenētiskās izolācijas pavājināšanās eukariotu senčos un aktīvās ārvalstu gēnu aizņemšanās sākums. Protoeikarioti iekļāva dažādu fermentatoru gēnus, līdz tie paši kļuva par mikroaerofiliem fermentētājiem, fermentējot ogļhidrātus piruvātā un pienskābē.
Trešā slāņa iedzīvotāji - eikariotu senči - tagad bija tiešā kontaktā ar jaunajiem otrā slāņa iemītniekiem - aerobām alfa-proteobaktērijām, kas iemācījās izmantot skābekli enerģijas iegūšanai. Protoeikariotu un alfa-proteobaktēriju metabolisms ir kļuvis papildinošs, kas radīja priekšnoteikumus simbiozei. Un pats alfa-proteobaktēriju izvietojums sabiedrībā (starp augšējo skābekli ražojošo un apakšējo slāni) noteica viņu lomu eukariotu senču “aizsargātājos” no skābekļa pārpalikuma.
Droši vien protoeikarioti norija un kā endosimbionti ieguva daudzas dažādas baktērijas. Šāda veida eksperimenti joprojām turpinās vienšūnu eikariotos, kuriem ir ļoti daudz dažādu starpšūnu simbiontu. No šiem eksperimentiem visveiksmīgākā bija alianse ar aerobām alfa-proteobaktērijām.
Krievu paleontologi iestādīja bumbu, ievērojot tradicionālos uzskatus par dzīvības izcelsmi uz planētas. Zemes vēsture ir jāpārraksta.
Tiek uzskatīts, ka dzīvība radās uz mūsu planētas apmēram pirms 4 miljardiem gadu. Un pirmie Zemes iedzīvotāji bija baktērijas. Miljardus indivīdu veidoja kolonijas, kas ar dzīvu filmu pārklāja bezgalīgas jūras dibena vietas. Senie organismi spēja pielāgoties skarbās realitātes realitātēm. Augsta temperatūra un bezskābekļa vide ir apstākļi, kādos cilvēks var nomirt, nevis palikt dzīvs. Bet baktērijas izdzīvoja. Vienšūnu pasaule savas vienkāršības dēļ spēja pielāgoties agresīvai videi. Baktērija ir šūna, kurā nav kodola. Šādus organismus sauc par prokariotiem. Nākamā evolūcijas kārta ir saistīta ar eikariotiem - šūnām ar kodolu. Dzīves pāreja uz nākamo attīstības posmu notika, kā zinātnieki pārliecināja vēl nesen, apmēram pirms 1,5 miljardiem gadu. Bet šodien ekspertu viedokļi par šo datumu bija atšķirīgi. Iemesls tam bija Krievijas Zinātņu akadēmijas Paleontoloģijas institūta pētnieku sensacionālais paziņojums.
Dodiet gaisu!
Prokariotiem bija nozīmīga loma biosfēras evolūcijas vēsturē. Ja tas nebūtu viņiem, uz Zemes nebūtu dzīvības. Bet radījumiem, kas nesatur kodolierīces, pasaulei tika liegta iespēja pakāpeniski attīstīties. Kādi prokarioti bija pirms 3,5–4 miljardiem gadu, tie ir palikuši gandrīz nemainīgi līdz šai dienai. Prokariotu šūna nespēj radīt sarežģītu organismu. Lai evolūcija virzītos uz priekšu un rastos sarežģītākas dzīvības formas, bija nepieciešams atšķirīgs, progresīvāks šūnu tips - šūna ar kodolu.
Pirms eikariotu parādīšanās notika viens ļoti svarīgs notikums: Zemes atmosfērā parādījās skābeklis. Šūnas bez kodoliem varētu dzīvot vidē, kurā nav skābekļa, savukārt eikarioti vairs nevarētu pastāvēt. Pirmie skābekļa ražotāji, visticamāk, bija zilaļģes, kuras atrada efektīvu fotosintēzes metodi. Kāds viņš varētu būt? Ja pirms tam baktērijas kā elektronu donoru izmantoja sērūdeņradi, tad kādā brīdī viņi iemācījās iegūt elektronu no ūdens.
"Pāreja uz tik gandrīz neierobežota resursa kā ūdens izmantošanu ir pavērusi zilaļģu evolūcijas iespējas," sacīja Krievijas Zinātņu akadēmijas Paleontoloģiskā institūta pētnieks Aleksandrs Markovs. Parastā sēra un sulfātu vietā fotosintēzes laikā sāka izdalīties skābeklis. Un tad, kā saka, sākās jautrība. Pirmā organisma parādīšanās ar šūnas kodolu ir pavērusi lielas iespējas visas dzīvības uz Zemes evolūcijai. Eikariotu attīstība ir izraisījusi tādu sarežģītu formu parādīšanos kā augi, sēnītes, dzīvnieki un, protams, cilvēki. Viņiem visiem ir tāda paša veida šūnas, kuru centrā ir kodols. Šis komponents ir atbildīgs par gēnu informācijas glabāšanu un pārsūtīšanu. Viņš arī ietekmēja faktu, ka eikariotu organismi sāka sevi vairoties seksuālās reprodukcijas ceļā.
Biologi un paleontologi pēc iespējas detalizētāk izpētīja eikariotu šūnu. Viņi ieteica, ka viņi arī zina pirmo eikariotu izcelsmes laiku. Speciālisti sauca numurus pirms 1-1,5 miljardiem gadu. Bet pēkšņi izrādījās, ka šis notikums notika daudz agrāk.
Negaidīts atradums
1982. gadā paleontologs Boriss Timofejevs veica interesantu pētījumu un publicēja tā rezultātus. Arhejas un apakšējos proterozoiskajos iežos (2,9-3 miljardi gadu) Karēlijas teritorijā viņš atklāja neparastus pārakmeņojušos mikroorganismus, kuru izmērs bija aptuveni 10 mikrometri (0,01 milimetri). Lielākajai daļai atradumu bija sfēriska forma, kuras virsmu klāja krokas un raksti. Timofejevs izteica pieņēmumu, ka viņš atklāja akritarķus - organismus, kas tiek piedēvēti eikariotu pārstāvjiem. Iepriekš paleontologi šādus organisko vielu paraugus atrada tikai jaunākās atradnēs - apmēram 1,5 miljardus gadu vecas. Par šo atklājumu zinātnieks rakstīja savā grāmatā. "Šīs publikācijas drukas kvalitāte bija vienkārši drausmīga. No ilustrācijām neko nebija iespējams saprast. Attēli bija izplūduši pelēki plankumi," saka Aleksandrs Markovs, "tāpēc nav pārsteidzoši, ka lielākā daļa lasītāju, izlaižot šo darbu, droši to atstāja malā. aizmirstot viņu. " Sensacija, kā tas bieži notiek zinātnē, ilgus gadus gulēja grāmatu plauktā.
Krievijas Zinātņu akadēmijas Paleontoloģiskā institūta direktors, ģeoloģisko un mineraloģisko zinātņu doktors, Krievijas Zinātņu akadēmijas korespondētājloceklis Aleksejs Rozanovs pilnīgi nejauši atcerējās Timofejeva darbu. Izmantojot modernas ierīces, viņš atkal nolēma izpētīt Karēlijas paraugu kolekciju. Un viņš ātri pārliecinājās, ka pirms viņa bija patiesi eikariotiem līdzīgi organismi. Rozanovs ir pārliecināts, ka viņa priekšgājēja atradums ir svarīgs atklājums, kas ir labs iemesls, lai pārskatītu esošos uzskatus par laiku, kad pirmo reizi parādījās eikarioti. Ļoti ātri hipotēzē parādījās atbalstītāji un pretinieki. Bet pat tie, kas piekrīt Rozanova uzskatiem, šajā jautājumā runā piesardzīgi: "Principā eikariotu parādīšanās ir iespējama pirms 3 miljardiem gadu. Bet to ir grūti pierādīt," saka Markovs. "Vidējais prokariotu izmērs ir diapazonā no 100 nanometriem līdz 1 mikronam, eikarioti - no 2-3 līdz 50 mikrometriem. Faktiski lieluma intervāli pārklājas. Pētnieki bieži atrod gan milzu prokariotu, gan sīku eikariotu paraugus. Izmērs nav simtprocentīgs pierādījums. " Pārbaudīt hipotēzi patiešām nav viegli. Pasaulē vairs nav tādu eikariotu organismu paraugu, kas iegūti no Arhejas atradnēm. Senos artefaktus nav iespējams arī salīdzināt ar to modernajiem kolēģiem, jo \u200b\u200bakritarhu pēcnācēji neizdzīvoja līdz mūsdienām.
Zinātnes revolūcija
Neskatoties uz to, zinātnieku aprindās Rozanova ideja izraisīja lielu ažiotāžu. Kāds kategoriski nepieņem Timofejeva atradumu, jo ir pārliecināts, ka pirms 3 miljardiem gadu uz Zemes nebija skābekļa. Citus mulsina temperatūras koeficients. Pētnieki uzskata, ka, ja Arhejas laikā parādījās eikariotu organismi, tad, rupji runājot, viņi nekavējoties metinās. Aleksejs Rozanovs saka sekojošo: "Parasti parametrus, piemēram, temperatūru, skābekļa daudzumu gaisā un ūdens sāļumu, nosaka, pamatojoties uz ģeoloģiskajiem un ģeoķīmiskajiem datiem. Es piedāvāju atšķirīgu pieeju. Pirmkārt, saskaņā ar paleontoloģiskiem atradumiem novērtējiet bioloģiskās organizācijas līmeni. Tad, pamatojoties uz šiem datiem, nosaka cik daudz skābekļa bija jāsatur Zemes atmosfērā, lai šī vai tā dzīvības forma varētu justies normāli. Ja parādījās eikarioti, tas nozīmē, ka atmosfērā jau vajadzētu būt skābei viņš Pilsēta, reģionā dažiem procentiem no pašreizējā līmenī, ja tur bija tārps -. skābekļa saturs tika kam tādējādi desmitiem procentu, ir iespējams veikt diagrammu ar izskatu organizācijas dažādu līmeņu organismu, atkarībā no pieaugumu skābekli un samazināt temperatūru ".. Aleksejs Rozanovs tiecas maksimāli atcelt skābekļa parādīšanās brīdi pagātnē un galu galā samazināt senās Zemes temperatūru.
Ja mēs varam pierādīt, ka Timofejevs ir atradis pārakmeņotus eikariotiem līdzīgus mikroorganismus, tas nozīmēs, ka cilvēcei drīz būs jāmaina ierastā ideja par evolūcijas gaitu. Šis fakts ļauj mums teikt, ka dzīvība uz Zemes parādījās daudz agrāk, nekā gaidīts. Turklāt izrādās, ka ir jāpārskata dzīves uz Zemes evolūcijas hronoloģija, kura, izrādās, ir gandrīz par 2 miljardiem gadu vecāka. Bet šajā gadījumā joprojām nav skaidrs, kad, kur, kurā attīstības stadijā evolūcijas ķēde pārtrūka vai kāpēc tās progress palēninājās. Citiem vārdiem sakot, nav pilnīgi skaidrs, kas notika uz Zemes 2 miljardu gadu garumā, kur eukarioti visu laiku slēpās: mūsu planētas vēsturē veidojas pārāk liels balts plankums. Nepieciešams vēl viens pagātnes pārskats, un tas ir kolosāls darbs tā darbības jomā, kas, iespējams, nekad nebeidzas.
ATZINUMI
Ilgi mūžā
Vladimirs Sergejevs, ģeoloģisko un mineraloģisko zinātņu doktors, Krievijas Zinātņu akadēmijas Ģeoloģijas institūta vadošais pētnieks:
Manuprāt, ar šādiem secinājumiem vajadzētu būt uzmanīgiem. Timofejeva dati ir balstīti uz materiāliem, kuriem ir sekundāras izmaiņas. Un tā ir galvenā problēma. Eikariotiem līdzīgu organismu šūnās notika ķīmiska sadalīšanās, turklāt baktērijas tos varēja iznīcināt. Es uzskatu par nepieciešamu atkārtoti veikt rūpīgu Timofejeva atklājumu analīzi. Runājot par eikariotu parādīšanās laiku, lielākā daļa ekspertu uzskata, ka tie parādījās pirms 1,8-2 miljardiem gadu. Ir daži atklājumi, kuru biomarķieri norāda uz šo organismu parādīšanos pirms 2,8 miljardiem gadu. Principā šī problēma ir saistīta ar skābekļa parādīšanos Zemes atmosfērā. Saskaņā ar parasto gudrību tā izveidojās pirms 2,8 miljardiem gadu. Un Aleksejs Rozanovs šo laiku liek atpakaļ uz 3,5 miljardiem gadu. Manuprāt, tā nav taisnība.
Aleksandrs Belovs, paleoantropologs:
Viss, ko šodien atrod zinātne, ir tikai daļiņa no materiāla, kas joprojām var pastāvēt uz planētas. Pārdzīvojušās formas ir ļoti reta parādība. Fakts ir tāds, ka organismu aizsardzībai nepieciešami īpaši apstākļi: mitra vide, skābekļa trūkums un mineralizācija. Mikroorganismi, kas dzīvoja uz sauszemes, parasti nevarēja sasniegt pētniekus. Zinātnieki spriež, kāda bija dzīvība uz planētas, izmantojot mineralizētas vai pārakmeņotas struktūras. Materiāls, kas nonāk zinātnieku rokās, ir dažādu laikmetu sajaukti fragmenti. Klasiskie secinājumi par dzīvības izcelsmi uz Zemes var neatbilst patiesībai. Manuprāt, tas neattīstījās no vienkārša uz sarežģītu, bet parādījās vienlaikus.
Maija Prygunova, žurnāls Itogi Nr. 45 (595)
Dzīves attīstība proterozoikas laikmetā. Proterozoiskā laikmeta pirmajā pusē (sākās 2,5 miljardi, beidzās - apmēram pirms 0,6 miljardiem gadu) prokariotu ekosistēma apguva visus okeānus. Šajā laikā (apmēram pirms 2 miljardiem gadu) radās primitīvas vienšūnu eikarioti (flagellates), kas ātri atšķīrās ar augiem (aļģēm), dzīvniekiem (vienšūņiem) un sēnītēm.
Kā veidu, kā sasniegt bioloģisko progresu, eikariotiem ir raksturīga organizācijas sarežģītība, kas noved pie vitāli svarīgu resursu efektīvākas asimilācijas.
Daudzšūnu organismu rašanās - vēl viena izpausme eikariotu spējai sarežģīt struktūru. Lielākā daļa pētnieku uzskata, ka daudzšūnu organismi attīstījās no koloniāliem vienšūnu organismiem to šūnu diferenciācijas dēļ. Bagatoklīniskums dažādās aļģu un sēņu grupās radās patstāvīgi dažādās sistemātiskās grupās: piemēram, daudzšūnu zaļās, brūnās un sarkanās aļģes attīstījās no dažādām koloniālajām (šķiedru) formām. Dzīvnieku vidū visiem daudzšūnu organismiem, kuriem embriju attīstībā ir divi (ekto- un endodermi) vai trīs (arī mezodermi) šūnu germinālie slāņi (lapas), ir monofiletiskas izcelsmes (t.i., cēlušies no kopējiem senčiem).
Galvenais hipotēzes par daudzšūnu dzīvnieku izcelsmi no koloniālo flagellate, kas izvirzīti XIX gadsimta otrajā pusē, vācu biologs E. Haeckel un ukraiņu zinātnieks I. I. Mechnikov.
E. Haeckels, balstoties uz viņa atklātajiem bioģenētiskajiem likumiem, uzskatīja, ka katrs ontoģenēzes posms atbilst noteikta veida senču organismiem. Izpētot dažu zarnu dobumu embrioģenēzi, kurus viņš uzskatīja par tuviem sākotnējiem daudzšūnu apvalkiem, viņš atklāja, ka gastrizācija tajās notiek sakarā ar vignīna blastodermu ķermeņa aizmugurējā galā (invaginācija) ar primārās mutes un maisa formas zarnas veidošanos. Hekkels šo hipotētisko dzīvnieku sauca par "gastrea". Pēc viņa domām, viņa satvēra ēdienu caur muti un sagremot to zarnās.
Saskaņā ar I. I. Mechnikova teikto, fagocitoze bija galvenā daudzšūnu dzīvnieku kodināšanas metode, t.i. intracelulārā gremošana, kas tagad ir raksturīga arī daudzām grupām ar zemu organizācijas līmeni (sūkļi, daļa ciliāru tārpu, daži zarnas utt.). Viņš arī atklāja, ka daļā zarnu dobuma gastrizācija notiek, migrējot daļai blastodermas šūnu uz blastulu. Pēc viņa teiktā, sākotnējie daudzšūnu dzīvnieki bija hipogētiski "fagocīti", pārklāti ar ciliāru šūnu slāni, kas, izmantojot fagocitozi, varēja notvert mazas barības vielu daļiņas. Šūnas ar gremošanas vakuoliem migrēja fagocītu iekšpusē, zaudējot cilijas, kur pārtika tika sagremota. Gastrea tipa organismi no fagocītiem radās vēlās evolūcijas stadijās, kad tie ieguva spēju sagūstīt lielu laupījumu caur mutes atveri, kas radās atšķirību dēļ šūnu ārējā slānī.
Jāatzīmē, ka paleontologi nav atraduši šādu organismu mirstīgās atliekas, tāpēc īsti veidi dažādu daudzšūnu dzīvnieku parādīšanās veidiem vēl nav noskaidroti.
Sākotnējie eikarioti (flagellar vienšūnu organismi) no prokariotiem attīstījās Proterozoic laikmeta pirmajā pusē un drīz pēc tam sadalījās vienšūnu augos (aļģēs), dzīvniekos (vienšūņos) un sēnītēs. Sarežģīta genoma, kodola apvalka veidošanās, seksuālās reprodukcijas metodes dominēšana un spēja sarežģīt eikariotu organizāciju izraisīja to plašās adaptīvās spējas un turpmāku strauju evolūciju.
Pēc vairuma zinātnieku domām, daudzšūnu organismi cēlušies no koloniālajiem senčiem. Iespējamie daudzšūnu dzīvnieku izcelsmes ceļi ir izskaidroti ar I. I. Mehņikova fagocīta un E. Hekkela gastrejas hipotēzēm.
Saskaņā ar mūsdienu koncepcijām, dzīve ir sarežģītu sistēmu eksistences process, kas sastāv no lielām organiskām molekulām un neorganiskām vielām un kas enerģijas un matērijas apmaiņas rezultātā ar apkārtējo vidi spēj patstāvīgi reproducēt, pašattīstīties un saglabāt savu eksistenci.
Cilvēkam uzkrājot zināšanas par apkārtējo pasauli, mainījās dabaszinātņu attīstība, mainījās viņa uzskati par dzīves izcelsmi, tika izvirzītas jaunas hipotēzes. Tomēr pat šodien dzīvības izcelsmes jautājums vēl nav galīgi atrisināts. Par dzīves izcelsmi ir daudz hipotēžu. Vissvarīgākie no tiem ir šādi:
Ø kreacionisms (dzīvi radījis Radītājs);
Ø spontānas kodoliešanas hipotēzes (spontāna veidošanās; dzīvība atkārtoti radās no nedzīvas matērijas);
Ø stacionārā stāvokļa hipotēze (dzīve vienmēr ir pastāvējusi);
Ø Panspermijas hipotēze (dzīvību uz Zemi ved no citām planētām);
Ø Bioķīmiskās hipotēzes (dzīvība radās Zemes apstākļos procesu rezultātā, uz kuriem attiecas fizikālie un ķīmiskie likumi, t.i., bioķīmiskās evolūcijas rezultātā).
Kreacionisms. Saskaņā ar šo reliģisko hipotēzi, kurai ir senas saknes, visu, kas eksistē Visumā, ieskaitot dzīvību, radīja viens spēks - Radītājs vairāku pagātnes pārdabiskas radīšanas aktu rezultātā. Organismi, kas šodien apdzīvo Zemi, nāk no atsevišķi radītiem dzīvo lietu pamatveidiem. Izveidotās sugas jau no paša sākuma bija lieliski organizētas un apveltītas ar spēju nedaudz atšķirties noteiktās robežās (mikroevolūcija). Gandrīz visu izplatītāko reliģisko mācību sekotāji ievēro šo hipotēzi.
Tradicionālā jūdu-kristiešu pasaules radīšanas koncepcija, kas izklāstīta 1. Mozus grāmatā, ir izraisījusi un turpina izraisīt diskusijas. Tomēr esošās pretrunas neatspēko radīšanas jēdzienu. Reliģija, ņemot vērā jautājumu par dzīves izcelsmi, galvenokārt meklē atbildi uz jautājumiem “kāpēc?” Un “kam?”, Nevis uz jautājumu “kā?”. Ja zinātne, meklējot patiesību, plaši izmanto novērojumus un eksperimentus, tad teoloģija patiesību izprot ar dievišķās atklāsmes un ticības palīdzību.
Tiek parādīts, ka pasaules dievišķās radīšanas process ir noticis tikai vienu reizi un tāpēc nav pieejams novērošanai. Šajā sakarā radīšanas hipotēzi nevar ne pierādīt, ne atspēkot, un tā vienmēr pastāvēs kopā ar dzīves izcelsmes zinātniskajām hipotēzēm.
Spontānas paaudzes hipotēzes. Gadu tūkstošiem cilvēki ticēja dzīves spontānai piedzimšanai, uzskatot to par parasto veidu, kā dzīvās būtnes rodas no nedzīvas matērijas. Tika uzskatīts, ka spontānas kodolizācijas avots ir vai nu neorganiski savienojumi, vai puves organiski atlikumi (abioģenēzes jēdziens). Šī hipotēze bija izplatīta senajā Ķīnā, Babilonijā un Ēģiptē kā alternatīva kreacionismam, ar kuru tā pastāvēja līdzās. Ideju par spontānu paaudzi izteica arī senās Grieķijas filozofi un vēl agrāki domātāji, t.i. viņa acīmredzot ir tikpat veca kā pati cilvēce. Tik ilgas vēstures laikā šī hipotēze ir mainīta, taču joprojām ir kļūdaina. Aristotelis, bieži pasludināts par bioloģijas pamatlicēju, rakstīja, ka vardes un kukaiņi ir sastopami mitrā augsnē. Viduslaikos daudziem “izdevās” novērot dažādu dzīvo lietu, piemēram, kukaiņu, tārpu, zušu, peļu, parādīšanos organismu sabrukšanas vai pūšanas laikā. Šie "fakti" tika uzskatīti par ļoti pārliecinošiem, kamēr itāļu ārsts Frančesko Redi (1626-1697) stingrāk pievērsās dzīves izcelsmes problēmai un apšaubīja spontānas paaudzes teoriju. 1668. gadā Redi veica šādu eksperimentu. Viņš novieto mirušās čūskas dažādos traukos, dažus traukus pārklājot ar muslīnu, bet citus atstājot vaļā. Mušas, kas lido, dēj olas uz mirušām čūskām atklātos traukos; drīz izšķīrās kāpuri. Pārklātajos traukos nebija kāpuru (5.1. Att.). Tādējādi Redi pierādīja, ka baltie tārpi, kas parādās čūsku gaļā, ir florenciešu mušas kāpuri un ka, ja gaļa ir aizvērta un mušu piekļuve ir liegta, tā tārpus “neizcels”. Atspēkojot spontānās paaudzes jēdzienu, Redi ieteica, ka dzīvība var rasties tikai no iepriekšējās dzīves (bioģenēzes jēdziens).
Līdzīgus uzskatus pauda holandiešu zinātnieks Entonijs van Lēvens-āķis (1632-1723), kurš, izmantojot mikroskopu, atklāja vismazākos ar neapbruņotu aci neredzamos organismus. Tās bija baktērijas un protisti. Levenguks pauda ideju, ka šie sīkie organismi jeb “dzīvnieku cilpas”, kā viņš tos sauca, nāk no viņu pašu sugas.
Levenguka viedoklim piekrita itāļu zinātnieks Lazzaro Spallanzani (1729-1799), kurš nolēma eksperimentāli pierādīt, ka gaļas buljonā bieži sastopamie mikroorganismi tajā spontāni nerodas. Šajā nolūkā viņš traukos ievietoja šķidrumu, kas bagāts ar organiskām vielām (gaļas buljonu), vārīja šo šķidrumu virs uguns, pēc kura traukus hermētiski noslēdz. Rezultātā buljons traukos palika tīrs un bez mikroorganismiem. Ar savu eksperimentu palīdzību Spallanzani pierādīja mikroorganismu spontānas kodulēšanās neiespējamību.
Šī viedokļa pretinieki apgalvoja, ka dzīve kolbās neradās tāpēc, ka viršanas laikā gaiss sabojājās, tāpēc viņi joprojām atzina spontānas paaudzes hipotēzi.
Satriecošs trieciens šai hipotēzei tika apskatīts 19. gadsimtā. franču mikrobiologs Luiss Pasteurs (1822-1895) un angļu biologs John Tyndall (1820-1893). Viņi parādīja, ka baktērijas izplatās pa gaisu un ja kolbā ar sterilizētu buljonu gaisā nav neviena gaisa, tad tie netiks parādīti pašā buljonā. Šim nolūkam Pasteur izmantoja kolbas ar izliektu S formas kaklu, kas kalpoja par baktēriju slazdu, kamēr gaiss brīvi iekļuva kolbā un atstāja to (5.3. Att.).
Tyndall sterilizēja gaisu, kas nonāk kolbās, izlaižot to caur liesmu vai caur vati. Līdz 70. gadu beigām. 19. gadsimts gandrīz visi zinātnieki ir atzinuši, ka dzīvie organismi nāk tikai no citiem dzīviem organismiem, kas nozīmēja atgriešanos pie sākotnējā jautājuma: no kurienes radās pirmie organismi?
Stacionārā stāvokļa hipotēze. Saskaņā ar šo hipotēzi Zeme nekad neradās, bet pastāvēja mūžīgi; viņa vienmēr spēja uzturēt dzīvību, un, ja viņa mainījās, tad ļoti maz; sugas vienmēr ir pastāvējušas. Šo hipotēzi dažreiz sauc par mūžības hipotēzi (no lat. Eternus - mūžīgā).
Eternisma hipotēzi 1880. gadā izvirzīja vācu zinātnieks V. Prejērs. Prejēra uzskatus atbalstīja akadēmiķis V.I. Vernadskis, biosfēras doktrīnas autors.
Panspermijas hipotēze. Hipotēzi par dzīvības parādīšanos uz Zemes noteiktu dzīvības embriju pārvietošanas rezultātā no citām planētām sauca par panspermiju (no grieķu valodas. Pan - visi, visi un sperma - sēkla). Šī hipotēze ir blakus stacionārā stāvokļa hipotēzei. Tās piekritēji atbalsta ideju par mūžīgo dzīves esamību un izvirza ideju par tās ārpuszemes izcelsmi. Vienu no pirmajām idejām par kosmisko (ārpuszemes) dzīves izcelsmi izteica vācu zinātnieks G. Rihters 1865. gadā. Pēc Rihtera teiktā, dzīvība uz Zemes nebija radusies no neorganiskām vielām, bet gan atvesta no citām planētām. Šajā sakarā radās jautājumi par to, cik iespējams ir šāds pārvietojums no vienas planētas uz otru un kā to varētu īstenot. Atbildes galvenokārt tika meklētas fizikā, un nav pārsteidzoši, ka pirmie šo uzskatu aizstāvji bija šīs zinātnes pārstāvji, izcili zinātnieki G. Helmholtz, S. Arrhenius, J. Thomson, P.P. Lazarevs et al.
Pēc Thomson un Helmholtz idejām, baktēriju un citu organismu sporas varēja ienest uz Zemes ar meteorītiem. Laboratorijas pētījumi apstiprina dzīvo organismu augsto izturību pret nelabvēlīgo iedarbību, īpaši uz zemu temperatūru. Piemēram, augu sporas un sēklas nemira pat ilgstoši saskaroties ar šķidru skābekli vai slāpekli.
Citi zinātnieki ir izteikuši ideju "dzīvības strīdu" ar gaismu pārnest uz Zemi.
Mūsdienu panspermijas jēdziena piekritēji (ieskaitot Nobela prēmijas laureātu angļu biofiziķi F. Kriku) uzskata, ka dzīvību uz Zemes nejauši vai ar nodomu ienes kosmosa citplanētieši.
Panspermijas hipotēzei pievienojas astronomu C. Wick-ramasingh (Šrilanka) un F. Hoyle viedoklis.
(Lielbritānija). Viņi uzskata, ka kosmosā, galvenokārt gāzes un putekļu mākoņos, mikroorganismi ir sastopami lielā skaitā, kur tie, pēc zinātnieku domām, veidojas. Turklāt šos mikroorganismus notver komētas, kuras, ejot netālu no planētām, "sēj dzīvības embrijus".
Eukariotu ziedonis uz Zemes sākās apmēram pirms 1 miljarda gadu, lai gan pirmais no tiem parādījās daudz agrāk (varbūt pirms 2,5 miljardiem gadu). Eikariotu izcelsme varētu būt saistīta ar prokariotu organismu piespiedu evolūciju atmosfērā, kas sāka saturēt skābekli.
Simbioģenēze - galvenā eikariotu izcelsmes hipotēze
Ir vairākas hipotēzes par eikariotu šūnu ceļiem. Vispopulārākais ir simbiotiskā hipotēze (simbioģenēze). Pēc viņas teiktā, eikarioti radās dažādu prokariotu apvienošanas rezultātā vienā šūnā, kas vispirms nonāca simbiozē un pēc tam, arvien vairāk un vairāk specializējoties, kļuva par vienas šūnas organisma organoīdiem. Vismaz mitohondrijiem un hloroplastiem (plastidiem vispār) ir simbiotiskas izcelsmes. Viņi nāca no baktēriju simbiontiem.
Saimnieka šūna varētu būt salīdzinoši liela anaerobā heterotrofiskā prokariote, līdzīga amēbai. Atšķirībā no citiem, viņš varēja iegūt spēju ēst caur fāgu un pinocitozi, kas ļāva viņam sagūstīt citus prokariotus. Viņi visi nebija sagremoti, bet apgādāja īpašnieku ar iztikas līdzekļiem). Savukārt no viņa saņēma barības vielas.
Mitohondriji attīstījās no aerobām baktērijām un ļāva saimnieka šūnai pārslēgties uz aerobo elpošanu, kas ir ne tikai daudz efektīvāka, bet arī atvieglo eksistenci atmosfērā, kurā ir diezgan liels skābekļa daudzums. Šādā vidē aerobie organismi iegūst priekšrocības salīdzinājumā ar anaerobiem.
Vēlāk senie prokarioti apmetās dažās šūnās, kas bija līdzīgas dzīvajām zilaļģēm (zilaļģēm). Viņi kļuva par hloroplastiem, izraisot augu evolūciju.
Papildus mitohondrijiem un plastidiem eikariotu flagellas var būt arī simbiotiskas izcelsmes. Viņi pārvērtās par simbiontiem-baktērijām, piemēram, mūsdienu spirochetes ar flagellum. Tiek uzskatīts, ka vēlāk no flagellas pamata ķermeņiem radās centrioles, tādas svarīgas struktūras eukariotu šūnu dalīšanās mehānismam.
Endoplazmatiskais retikulums, Golgi komplekss, pūslīši un vakuoli var būt cēlušies no kodola membrānas ārējās membrānas. No cita viedokļa daži no uzskaitītajiem organelliem varētu rasties, vienkāršojot mitohondrijus vai plastidus.
Jautājums par kodola izcelsmi lielākoties nav skaidrs. Vai to var izveidot arī no prokariotu simbionta? DNS daudzums mūsdienu eikariotu kodolā ir daudzkārt lielāks nekā tā daudzums mitohondrijos un hloroplastos. Iespējams, ka daļa no pēdējās ģenētiskās informācijas laika gaitā ir pārvietota uz kodolu. Arī evolūcijas procesā turpināja palielināties kodola genoma lielums.
Turklāt simbiozes hipotēzē par eikariotu izcelsmi ne viss ir tik vienkārši ar saimnieka šūnu. Iespējams, ka tie nav viena veida prokarioti. Izmantojot metodes genomu salīdzināšanai, zinātnieki secina, ka saimnieka šūna atrodas tuvu archaea, un tajā pašā laikā apvieno archaea pazīmes un vairākas nesaistītas baktēriju grupas. No tā mēs varam secināt, ka eikariotu parādīšanās notika sarežģītā prokariotu kopienā. Turklāt process, visticamāk, sākās ar metanoģenētisko archaea, kas nonāca simbiozē ar citiem prokariotiem, ko izraisīja nepieciešamība dzīvot skābekļa vidē. Fagocitozes parādīšanās veicināja svešu gēnu pieplūdumu, un kodols tika izveidots, lai aizsargātu ģenētisko materiālu.
Molekulārā analīze parādīja, ka dažādi eikariotu proteīni nāk no dažādām prokariotu grupām.
Simbioģenēzes pierādījumi
Par labu eikariotu simbiotiskajai izcelsmei ir fakts, ka mitohondrijiem un hloroplastiem ir sava DNS, turklāt, apļveida un nav saistīti ar olbaltumvielām (tas attiecas arī uz prokariotiem). Tomēr mitohondriju un plastidu gēnos ir introni, kas nav prokariotu gadījumā.
Plastides un mitohondrijus šūna neatveido no jauna. Tās tiek veidotas no iepriekš esošām organellām to dalīšanas un turpmākās augšanas rezultātā.
Pašlaik ir amēbas, kurām nav mitohondriju, un to vietā ir simbiontu baktērijas. Ir arī vienšūņi, kas vienlaikus pastāv ar vienšūnu aļģēm, kuras saimniekorganisma šūnās spēlē hloroplastus.
Invaginācijas hipotēze par eikariotu izcelsmi
Papildus simbioģenēzei ir arī citi uzskati par eikariotu izcelsmi. Piemēram invaginācijas hipotēze. Pēc viņas teiktā, eikariotu šūnas sencis nebija anaerobs, bet gan aerobs prokariots. Citiem prokariotiem varētu pievienot šādu šūnu. Tad viņu genomi apvienojās.
Kodols, mitohondriji un plastidi radās, invagējot un saitējot šūnas membrānas sekcijas. Šajās struktūrās iekļuva sveša DNS.
Genoma komplikācija notika turpmākās evolūcijas procesā.
Invaginācijas hipotēze par eikariotu izcelsmi labi izskaidro dubultās membrānas klātbūtni organellās. Tomēr tas neizskaidro, kāpēc olbaltumvielu biosintēzes sistēma hloroplastos un mitohondrijos ir līdzīga prokariotam, savukārt kodolcitoplazmas kompleksā ir būtiskas atšķirības.
Eukariotu attīstības iemesli
Visa dzīves daudzveidība uz Zemes (sākot no vienšūņiem līdz sēraugu un zīdītājiem) deva eukariotu, nevis prokariotu tipa šūnas. Jautājums ir, kāpēc? Acīmredzot vairākas pazīmes, kas radās eikariotos, ievērojami palielināja viņu evolūcijas spējas.
Pirmkārt, eikariotiem ir kodola genoms, kas daudzkārt pārsniedz DNS daudzumu prokariotos. Turklāt eikariotu šūnas ir diploīdas, turklāt katrā haploīdu komplektā noteikti gēni tiek atkārtotas daudzas reizes. Tas viss nodrošina, no vienas puses, lielu mērogu mutāciju mainīgumam, un, no otras puses, samazina draudus strauji samazināties dzīvotspējai kaitīgas mutācijas rezultātā. Tādējādi eikariotiem, atšķirībā no prokariotiem, ir iedzimtu variāciju rezerve.
Eikariotu šūnām ir sarežģītāks vitālās aktivitātes regulēšanas mehānisms, tām ir ievērojami vairāk dažādu regulējošo gēnu. Turklāt DNS molekulas veidoja kompleksus ar olbaltumvielām, kas ļāva iedzimto materiālu iesaiņot un izpakot. Kopumā tas ļāva nolasīt informāciju pa daļām, dažādās kombinācijās un daudzumos, dažādos laikos. (Ja gandrīz visa informācija par genomu tiek transkribēta prokariotu šūnās, tad eikariotu šūnās to parasti ir mazāk nekā puse.) Pateicoties tam, eikarioti varētu specializēties, labāk pielāgoties.
Eikariotos parādījās mitoze un pēc tam meioze. Mitoze ļauj reproducēt ģenētiski līdzīgas šūnas, un mejoze ievērojami palielina kombinatorisko mainīgumu, kas paātrina evolūciju.
Svarīgu lomu eikariotu labklājībā spēlēja aeroba elpošana, ko ieguva viņu sencis (lai arī daudziem prokariotiem tas arī ir).
Savas evolūcijas sākumā eikarioti ieguva elastīgo membrānu, kas nodrošināja fagocitozes iespēju, un flagellas, kas ļāva tām pārvietoties. Tas ļāva ēst efektīvāk.
