Unitatea biochimică, gândul de care acum câteva decenii părea atât de incredibil, este acum un fapt hotărât. Celulele tuturor ființelor vii, de la cele mai primitive la cele mai dezvoltate animale și plante, constau în aceleași elemente structurale și utilizează aceleași mecanisme pentru obținerea energiei și a creșterii. În comparație cu această unitate fundamentală, diferențele și abaterile existente par nesemnificative. Putem presupune că toate organismele vii au făcut o lungă călătorie împreună. Din cele mai simple forme s-au dezvoltat treptat forme mai complexe și mai specializate, iar apoi, în cele din urmă, cele care locuiesc astăzi pe planeta noastră. Acest proces de dezvoltare a organismelor este unul dintre problemele centrale ale biologiei.
Atmosfera primară a Pământului. Pământul nostru este radical diferit de alte planete din sistemul solar. În comparație cu Jupiter și Soare, conține doar cantități nesemnificative de gaze inerte. Aparent, ea a fost formată ca urmare a unificării unei multitudini de meteoriți; datorită încălzirii și topirii miezului interior al Pământului, apa și gazele au fost forțate să iasă la suprafață. Atmosfera primară conține, probabil, mult hidrogen, metan, azot și CO2. dar nu era oxigen în ea. Când fotoliza vaporilor de apă, desigur, oxigenul a fost eliberat, dar din nou a trecut într-o stare legată. Evoluția chimică ar putea apărea numai într-o atmosferă fără oxigen.
Evoluția chimică. Ipoteza că viața a fost adusă pe planeta noastră din afară, cu greu merită o discuție serioasă în acest moment. Unitățile biologice care reproduceau singure au apărut pe Pământ în perioada timpurie a existenței sale. Conform prezentării prezentate de Oparin și Haldane, în timp ce lumea a acumulat cantități mari de materie organică, dar nu a existat nici un organism le poate utiliza și mineralize. Atunci când, după prima încercare a eșuat Miller a confirmat în mod repetat în experimentul care a substanțelor anorganice (H2. C02. NH3. H2 0) și metan molecule organice simple, pot fi sintetizate în condiții adecvate, îndoieli în evoluția chimică realitate a dispărut complet. Se crede că, într-o atmosferă reducătoare sub acțiunea radiației solare primare (în care nu a existat oxigen) și ca urmare a descărcărilor electrice formate de substanțe organice, care intră apoi în apă și acumulate în acesta. Când s-au acumulat în număr mare, se pare că au existat condiții în care trecerea de la evoluția chimică la apariția primelor ființe vii care reproduceau singuri s-ar putea avea loc.
Evoluția biologică. Trecerea de la materii organice inanimate la o celula vii a durat mult timp (de la 3,1 la 4,5 miliarde de ani). Organismele celulare aparent au primit un avantaj selectiv atât de mare încât toate formele anterioare de organizare au fost înlocuite. Deoarece formele pre-celulare ale vieții (dacă ele există) nu au supraviețuit nici măcar într-o formă fosilă, trecerea de la neînsuflețit la viață ni se pare extrem de rapidă.
Evoluția procarioților. Conform unei reprezentări larg răspândite, deși foarte ipotetice, a organismelor procariote în atmosfera primară regenerativă (Figura 17.5). Primele procariote care ar putea să apară în rezervoare care sunt bogate în substanțe organice sunt organisme care au existat în detrimentul fermentației și are funcțiile de bază ale metabolismului anaerob (fruktozobisfosfatny și calea de fosfat pentoză). Presupunând că rezervoarele au fost apoi sulfați, realizarea următoarea evoluție organică poate fi un transport de electroni eficient la crearea unui potențial de protoni ca sursă de energie pentru regenerarea ATP. In acest stadiu al evoluției, probabil, a apărut derivați de tetrapirolic care conțin fier sau nichel, precum și o metodă de auto-trofny asimilare carbon (cale acetil-CoA). Ca relicve din acea vreme pot fi luate în considerare și bacterii acidogene producătoare de metan și bacterii reduc sulfații la sulfurat, care, sub rezerva anumitor excepții, se pot folosi H2. C02 și unele produse de fermentare.
După „invenție“ fosforilarea, conjugat cu transferul de electroni ar putea avea loc, de asemenea, photosystem I- «pompa de protoni lumină acționată“, ceea ce a permis să folosească lumina ca sursă de energie. Centrele de reacție s-au clasificat prin fibre de magneziu-fibre (clorofile). Primele organisme fototrofice probabil asimilează carbonul în lumină ca Rhodospirillaceae. Odată cu achiziționarea capacității de a captura ciclu ribulozobisfosfatnom și de a folosi C02 donori de electroni anorganici (H2. H2 S, S) tip dezvoltat un metabolism bacterii caracteristice sulf violet (Chromatiaceae). Pentru o mai mare independență față de substanțele dizolvate în apă, atunci apariția fotosistemei a condus la posibila transferare non-ciclică a electronilor folosind apa ca donator. Acest proces a fost inevitabil asociat cu eliberarea de oxigen. Fotosinteza oxigenată a dus la faptul că atmosfera pământului a dobândit un caracter oxidant. Reprezentanții primelor microorganisme care efectuează fotosinteza cu izolarea lui 02 sunt cianobacterii.
Trecerea de la atmosfera de reducere primară la o atmosferă care conține oxigen a fost, fără îndoială, cel mai mare eveniment, atât în evo-
luarea de ființe vii și în transformarea mineralelor. Ca urmare a transformării citocromilor în oxidazele terminale și a utilizării oxigenului molecular ca acceptor de electroni în bacterii, a devenit posibil un nou tip de respirație metabolică-aerobă.
Se crede că acum 2,1 miliarde de ani au existat deja toate procariotele de respirație fotofobă, cunoscute în prezent. Conform datelor geologice, acum 2,7 miliarde de ani în urmă a existat o cantitate mică de oxigen. În ultimii 1,2 miliarde de ani, toată viața de pe Pământ depinde de fotosinteza biologică și de oxigenul eliberat de plante. Prin declanșarea acumulării de oxigen în atmosferă, dezvoltarea vieții, prin oxidarea metalelor și a mineralelor, a afectat, de asemenea, natura inanimată.
Resturile fosile ale Precambrianului timpuriu sunt extrem de rare. Datorită dimensiunilor mici ale organismelor primitive și lipsei unor componente solide, rămășițele lor ar putea fi păstrate numai în circumstanțe excepționale. In statul Minnesota (SUA), în depozite, a căror vârstă este estimată la 2,7 miliarde. Ani, structurile sunt interpretate ca s-au găsit resturi de bacterii (inclusiv cianobacterii). Vârsta sedimentelor din Africa de Sud, în care s-au găsit și structuri asemănătoare bacteriilor, atinge 3,1 miliarde de ani. Acestea sunt cele mai vechi dintre toate urmele cunoscute ale vieții.
Bacteriile sunt martori supraviețuitori la evoluția timpurie a vieții. Multe în trecut, bacteriile răspândite și dominante conduc în prezent la o existență foarte modestă. În nișele ecologice, oferindu-le condiții de trai adecvate, s-au păstrat și bacterii anaerobe.
Evoluția eucariotelor. Celulele eucariote, aparent, au apărut numai când oxigenul a apărut în atmosferă. Toți eucariotele, cu foarte puține excepții, sunt organisme aerobe. Procarioții ocupau multe nise ecologice diferite. Dezvoltarea diferitelor tipuri de metabolism în prokariote a apărut aparent datorită unei structuri celulare simple, sistemelor de reglare foarte dezvoltate, creșterii rapide și prezenței mai multor mecanisme de transfer de gene. Pe calea evoluției ulterioare a procarioților au existat dificultăți insurmontabile, asociate în primul rând cu mărimea mică a genomului, starea sa haploidă și mărimea mică a celulelor. Noul mediu cu condiții aerobe permite să se obțină mai multă putere, dar pentru a utiliza aceasta nevoie de celule mai mari, diferențierea structurală extinsă și, prin urmare, de multe ori mai mare de gene, ceea ce ar oferi capacitate mare de stocare. Dimensiunea genomului de 5 x 10 9 Da a fost probabil limita superioară a greutății moleculare a cromozomului bacterian constând dintr-un singur lanț dublu. Pentru evoluția ulterioară, a fost necesar un nou model.
Diferențele dintre celulele procariote și eucariote (eucite și protocyte) sunt uriașe. Încă o dată, menționăm cele mai importante caracteristici ale celulelor eucariote:
- 1. Transportatorul informațiilor ereditare (ADN) este separat de "spațiile metabolice" de plicul nuclear.
- 2. Ca o consecință, transcripția (în nucleul) este separată de translație (în citoplasmă).
- 3. Genomul este împărțit în părți - există mai multe (adesea multe) cromozomi liniari în loc de un cromozom inelar.
- 4. Replicarea ADN apare numai în interfața; fiecare cromozom conține mai multe repliconi; ființele cromozomilor sunt distribuite prin mitoză.
- 5. Există mecanisme intracelulare care utilizează actina și tubulina pentru a muta cromozomii în timpul mitozei și meiozei, precum și structuri cum ar fi bule (lizozomi, peroxisomi și alte microorganisme).
- 6. În gene există inserții non-codare - intronuri.
- 7. ADN-ul formează un complex cu histone, care reamintește structural un șir de perle (un lanț de nucleozomi).
- 8. Ciclul de viață include meioza, în care celulele diploide formează celule haploide. Acest lucru face posibilă desfășurarea procesului sexual cu recombinarea genelor și o schimbare în haplofază și diplofază.
- 9. Exocitoză: enzimele extracelulare nu sunt sintetizate direct pe membrana plasmatică (cu îndepărtarea simultană a acestora din celulă), ci pe membranele interne, după care sunt livrate la suprafață în rezervoare.
- 10. Endocitoză (sub formă de fagocitoză și pinocitoză), care permite obținerea simbioților intracelulari.
- 11. Prezența mitocondriilor și cloroplastelor, care servesc la generarea energiei (ATP de resinteză).
- 12. Flagelul (sau cilia) de tipul 9 + 2.
Deci eucite diferă de protocat prin multe funcții și structuri. Deși eucariotele individuale sunt cunoscute pentru care nu există o trăsătură particulară, nu există forme primitive prin care să se poată determina secvența în care au apărut semne noi. Se pare că fiecare etapă a evoluției a adus cu ea doar un avantaj selectiv foarte mic, cel puțin în comparație cu cea mai apropiată etapă anterioară. Astfel, formele intermediare nu s-au păstrat și, probabil, au fost atât de instabile încât acum nu există nici măcar rămășițe fosile care să ne permită să judecăm trăsăturile lor funcționale. În prezent, există doar un număr mic de organisme care pot fi considerate ca au evoluat din forme intermediare. Posibilitatea stabilirii vreodată a unei secvențe de apariție a noilor caracteristici de mai sus ar trebui evaluată pesimist. Cu toate acestea, se poate presupune că în stadiile incipiente ale evoluției celulei eucariote au apărut diverse modele de organizare, înainte ca organismele multicelulare să apară.
Trebuie remarcat faptul că eucariotele specializate în principal pe existența fotosintezei și condiții aerobe, precum și o serie de alte funcții importante de mediu rămân pentru procariote. Acestea includ fixarea azotului, nitrificare, denitrificare, sulfatul și suflarea de sulf, oxidarea sulfului și a metalelor, formarea și utilizarea de metan. Ciclul de azot și sulf este "responsabil" în întregime sau predominant de procariote. Astfel, procariotele ar putea susține substanțele cicluri și să păstreze biosferă, în timp ce eucariotele singură nu ar face față cu această sarcină.
Dacă procarioții de miliarde de ani s-au dezvoltat singuri, eucariotele nu au rămas niciodată singure. Trebuiau să reziste mereu procarioților. Aceștia au oferit celor din urmă noi nișe ecologice, protecție și victime. organisme multicelulare cu dispozitivele lor extrem de protecție și alte în parte datorită agresivitatea procariote. Pe de altă parte, eucariotele au învățat să beneficieze de asociere strânsă cu procariote și le-a pus pe serviciu ca ektosimbiontov (în tractul intestinal, pe piele, la rumegătoare în rumen) și endosymbionts (pentru fixarea azotului, producția de biomasă prin fotosinteză, folosind H2 S , îndepărtarea H2).
Evoluția organismelor vii oferă o mulțime de probleme fascinante pentru rezolvare. Cercetarea lor abia începe.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: