НАЧАЛЬНЫЕ ЭТАПЫ
РАЗВИТИЯ ЖИЗНИ
Первые живые организмы были гетеротрофами
и в качестве источника энергии (пищи) использовали органические соединения,
находящиеся в растворенном виде в водах первичного океана.
Поскольку в атмосфере Земли свободного кислорода не было,
они имели анаэробный (бескислородный) тип обмена, эффективность которого
невелика. Появление все большего количества гетеротрофных организмов
приводило к истощению вод первичного океана, в нем все меньше оставалось
готовых органических веществ, которые можно было использовать в пищу.
В этих условиях в преимущественном положении оказались
организмы, приобретшие способность использовать энергию света для синтеза
органических веществ из неорганических, а именно из СОг и N2 атмосферы. Но
СОг и N2 в атмосфере находятся в инертном окисленном состоянии, а чтобы они
были способны участвовать в химических реакциях, их надо восстановить, т. е.
передать им электроны от других соединений.
Функцию передачи электронов от одного соединения к другому,
по-видимому, выполнял активированный светом пигментный комплекс,
предшественник современного хлорофилла. Считают, что одним из первых
источников (доноров) электронов был сероводород H2S. В результате образуется
элементарная сера, а водород используется для восстановления диоксида
углерода до углеводов.
В качестве доноров водорода могут быть использованы и
другие соединения, в том числе органические. Кислород в процессе фотосинтеза
такого типа не выде ляется. Фотосинтез у анаэробных организмов развился на очень
раннем этапе истории жизни, они долгое время существовали в бескислородной
среде. Такие анаэробные фотосинтезирующие организмы сохранились до наших
дней, например серные пурпурные бактерии. Очень важно отметить, что
пигментный комп леке сходен с пигментами зеленых растений — хлорофиллом
Следующим шагом эволюции было приобретение
фотосинтезирующими организмами способности использовать воду в качестве
источника водорода. Автотрофное усвоение СОг такими организмами
сопровождалось выделением свободного кислорода. С тех пор в атмосфере Земли
постепенно начал накапливаться кислород. По геологическим данным, уже 2,7
млрд. лет назад в атмосфере в небольшом количестве имелся свободный кислород.
Первыми фотосинтезирующими организмами, выделяющими в
атмосферу Ог, были цианобактерии (цианеи, их называют еще синезелеными
водорослями). Цианобактерии способны также усваивать из атмосферы и азот.
Около 2,1 млрд. лет назад существовали все фотосинтезирующие прокариоты,
известные в настоящее время. К этому времени, по-видимому, возникли
организмы, имевшие аэробный тип обмена.
Переход от первичной восстановительной атмосферы к среде,
содержащей кислород,— важнейшее событие как в эволюции живых существ, так и в
преобразовании минералов. Во-первых, кислород, выделяющийся в атмосферу, в
верхних ее слоях под действием мощного ультрафиолетового излучения Солнца
превращается в активный озон (Оз), который способен поглощать большую часть
жестких — коротковолновых — ультрафиолетовых лучей, разрушительно действующих
на сложные органические соединения. Во-вторых, в присутствии свободного
кислорода возникает возможность энергетически более выгодного кислородного
типа обмена веществ, т. е. появления аэробных бактерий. Таким образом, два
фактора, обусловленных образованием на Земле свободного кислорода, вызвали к
жизни многочисленные новые формы живых организмов и более широкое
использование ими окружающей среды.
Как же повлияло накопление молекулярного кислорода в
атмосфере на анаэробные организмы, положившие начало жизни на Земле? Они
оказались в невыгодном положении. Одни из них вымерли, другие нашли среду
обитания, лишенную кислорода, и продолжали там анаэробное существование.
Третьи вступили в симбиоз с аэробными клетками. Так возникли эукариотические
клетки.
Сущность симбиотической гипотезы возникновения
эукариот состоит в следующем.
Полагают, что основой для симбиоза послужили амебоподобные
крупные гетеротрофные клетки. В процессе питания вместе с органическими
молекулами, находящимися в окружающей среде, они могли захватывать и мелкие
бактериоподобные аэробные клетки, способные дышать кислородом. Такие бактерии
могли функционировать и внутри клетки-хозяина, производя энергию.
Те амебоподобные хищники, в теле которых аэробные бактерии
оставались невредимыми, оказались в более выгодном положении, чем клетки,
получившие энергию анаэробным путем. В дальнейшем бактерии- симбионты
превратились в митохондрии. На возможность такого пути возникновения
митохондрий указывает существование в наше время амеб, у которых нет
митохондрий. Их роль выполняют бактерии-симбионты. Когда к поверхности
клетки-хозяина прикрепилась другая группа симбионтов — жгутикоподобные
бактерии, сходные с современными спирохетами, подвижность и способность к
нахождению пищи у такой клетки резко возросли. Так возникли примитивные
животные клетки — предшественники ныне живущих жгутиковых простейших.
Образовавшиеся подвижные эукариоты путем симбиоза с
фотосинтезирующими прокариотическими организмами (возможно, цианобактериями)
дали начало водорослям, т. е. растениям. Фотосинтезирующие бактерии-симбионты
стали хлоропластами.
Таким образом, возникновение жизни на Земле носит
закономерный характер, и ее появление связано с длительным процессом
химической эволюции, происходившей на нашей планете.
Формирование структуры, отграничивающей организм от
окружающей среды,— мембраны — способствовало появлению живых организмов и
ознаменовало начало биологической эволюции. Как примитивные живые организмы,
возникшие около 3 млрд. лет назад, так и более сложно устроенные в основе
своей организации имеют клетку. Следовательно, клетка представляет собой
структурную единицу всех живых организмов вне зависимости от уровня их
организации.
Таковы основные черты возникновения и начальные этапы
развития жизни на Земле .
|