Возникновение эукариот — самое масштабное событие в истории эволюции

Наука и жизньНаука

Никто никого не ел? Новый взгляд на происхождение ядра

Анна Кузнецова, Алексей Дукат, Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова

Возникновение эукариот — организмов, клетки которых содержат ядро, — самое масштабное событие в истории эволюции со времён появления жизни. Это был огромный скачок во внутренней организации клетки, позволивший живым организмам в дальнейшем перейти к истинной многоклеточности. Но до недавнего времени мало что было известно о том, каким именно образом могла возникнуть такая сложная структура, как ядро. Строились разные гипотезы, но ни одна из них не объясняла всего процесса. Лишь в последние годы появились данные, которые позволяют переосмыслить взгляды на эволюцию эукариот.

Прокариоты (организмы без ядра) и эукариоты (организмы с ядром) различаются между собой организацией генома. У эукариот ДНК заключена в специализированном участке клетки, обособленном от всего остального её пространства мембраной, тогда как у прокариот она находится прямо в цитоплазме. Это небольшое отличие сыграло важную эволюционную роль: более совершенная регуляция генома позволила эукариотам защититься от нежелательных мутаций, которые неизбежно возникают, когда генетическая информация хранится в области активного метаболизма, цитоплазме. Это же дало им возможность кардинально менять метаболизм своей клетки, не затрагивая ДНК, что в итоге и позволило эукариотам перейти к истинной многоклеточности, ведь в многоклеточном организме все клетки имеют одинаковый геном. Но как именно появилось ядро и почему это случилось лишь единожды за всю историю развития жизни на планете, если многие клеточные структуры возникали в эволюции параллельно несколько раз?

Первые шаги к пониманию и новый источник энергии

Со времён Чарльза Дарвина считалось, что единственный путь эволюции — дивергенция, то есть расхождение видов. Не вызывало никаких сомнений, что один вид живых существ с течением времени может лишь разделяться на множество других. И вот в 1967 году в одном из передовых научных журналов того времени «Journal of Theoretical Biology» вышла статья американского биолога Линн Маргулис «О происхождении клеток, делящихся митозом» («On the origin of mitosing cells»), которая произвела настоящую сенсацию в научном сообществе.

Линн Маргулис на церемонии присуждения почётной докторской степени Мадридского автономного университета в 1998 году. Вместе с ней этой степени были удостоены британский физик Питер Дэвид Таунсенд (первый слева) и испанский энтомолог Эухенио Моралес Агачино (крайний справа). Второй справа — ректор Мадридского автономного университета Рауль Вильяр. Фото: Universidad Autónoma de Madrid/Wikimedia Commons/CC BY-SA 3.0

Работы Линн Маргулис показали, что механизм некоторых эволюционных событий был принципиально иным: оказалось, что эукариоты образовались путём слияния разных эволюционных ветвей, а значит, эволюция сводится не только к дивергенции. Иногда разделившиеся когда-то виды могут объединяться снова.

В статье Линн Маргулис впервые была выдвинута так называемая эндосимбиотическая гипотеза, основная идея которой гласит, что митохондрии произошли от бактерий в результате симбиоза. И сейчас это уже не подвергается сомнению. Однако долгое время, до обнаружения ДНК в митохондриях, эту гипотезу считали в лучшем случае сомнительной. Когда же гипотеза была принята, возникли новые вопросы. Кто был предком эукариот, вступившим в симбиоз с митохондриями? Что подтолкнуло эти организмы к симбиозу?

Ответить на последний вопрос достаточно просто: появление эукариот связано с крупнейшей за всю историю Земли геофизической перестройкой.

В древнейшие времена доминирующей формой жизни на нашей планете были цианобактерии. Именно они первыми научились кислородному фотосинтезу и, получая энергию из неорганических веществ и солнечного света, выделяли в атмосферу побочный продукт фотосинтеза — кислород.

Примерно 2,45 млрд лет назад содержание кислорода в земной атмосфере достигло опасно высокого уровня. Для всех живущих в то время организмов, которые были анаэробами, кислород был сильнейшим ядом, и началось первое в истории массовое вымирание. В выигрыше остались альфа-протеобактерии — эти организмы умели эффективно использовать кислород для получения энергии. Помимо них выжил и загадочный предок эукариот, который пошёл по более изощрённому пути эволюции, вступив в симбиоз с альфа-протеобактериями. В результате эта химерная клетка получила возможность дышать кислородом, породив новую ветвь эволюции, из которой возникли эукариоты. Похожая ситуация произошла с цианобактериями, образовавшими химерную клетку с прежней эукариотической клеткой, у которой уже были митохондрии, — так возникли хлоропласты, дав начало растениям.

Внутри клетки и митохондрии, и хлоропласты делятся независимо от неё, хранят свою собственную генетическую информацию, но при этом получают от клетки большое количество необходимых веществ. Переложив множество функций на клетку-хозяина, они потеряли автономию и уже не могут жить отдельно от неё. В широком смысле такой тип симбиотического сосуществования, в котором один вид живёт за счёт продуктов метаболизма другого вида, называется синтрофией.

Кто приручил митохондрию?

Но переход от совместного сосуществования к эндосимбиозу — весьма серьёзный шаг для клетки, который предполагает некоторые её структурные изменения. Чтобы объяснить происхождение митохондрий, была выдвинута гипотеза фагоцитоза. В своём классическом варианте она гласит, что загадочные предки современных эукариот, значительно отличавшиеся и от бактерий, и от архей, самостоятельно приобрели большинство признаков, свойственных эукариотам: цитоскелет, систему внутренних мембран и, наконец, ядро. Позже они захватили альфа-протеобактерию — будущую митохондрию.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Гнев небес Гнев небес

Взрыв сверхновой поблизости от Земли способен уничтожить почти все живое

Вокруг света
Робин Уильямс: 11 интересных фактов об актере Робин Уильямс: 11 интересных фактов об актере

Факты из жизни легендарного актера Робина Уильямса

РБК
Форматы книг в зеркале живописи Форматы книг в зеркале живописи

Какие книги читали в разные времена представители разных сословий

Наука и жизнь
Дешёвая фурнитура и полиэстер в составе — как определить качество купальника Дешёвая фурнитура и полиэстер в составе — как определить качество купальника

Найти хороший качественный купальник по адекватной цене порой бывает непросто

Cosmopolitan
Криштиану торжествует Криштиану торжествует

Роналду-человек и Роналду-миф. Биография непревзойденного футболиста

Esquire
«Неудобное прошлое: память о государственных преступлениях в России и других странах» «Неудобное прошлое: память о государственных преступлениях в России и других странах»

Отрывок из книги Николая Эппле о том, как государства работают с трудным прошлым

N+1
«Совершенно никакой адвокат» «Совершенно никакой адвокат»

Владимир Ульянов был многообещающим адвокатом...

Дилетант
Как посмотреть на себя и свою жизнь по-новому? Как посмотреть на себя и свою жизнь по-новому?

Нарративная практика, которая поможет мыслить здраво и позитивно

Reminder
Подлинный Пестель Подлинный Пестель

Раритетный портрет Павла Ивановича Пестеля

Дилетант
«Со мной все нормально»: 3 шага, чтобы принять себя по-настоящему «Со мной все нормально»: 3 шага, чтобы принять себя по-настоящему

Почему даже когда мы меняемся, наша нелюбовь к себе не уходит?

Psychologies
Появление стремян в Византии связали с влиянием разных народов и самостоятельными опытами Появление стремян в Византии связали с влиянием разных народов и самостоятельными опытами

Изучение самых ранних образцов стремян выявило большое разнообразие их форм

N+1
Следствие вели: гид Esquire по кинодетективам Следствие вели: гид Esquire по кинодетективам

Какие поджанры есть у детектива?

Esquire
Победа Германии: кто выиграл от конфликта вокруг «Северного потока-2» Победа Германии: кто выиграл от конфликта вокруг «Северного потока-2»

Как сказался конфликт вокруг «Северного потока-2» на разных странах?

Forbes
Лимонову нужен был хаос, потому что он сам из демонария. Виктория Токарева: «Ничем не интересуюсь, но все знаю» Лимонову нужен был хаос, потому что он сам из демонария. Виктория Токарева: «Ничем не интересуюсь, но все знаю»

Писательница Виктория Токарева вспоминает Эдуарда Лимонова и его жен

СНОБ
«Хаббл» прислал на Землю первые снимки после поломки «Хаббл» прислал на Землю первые снимки после поломки

Легендарный космический телескоп приступил к работе после вынужденного отпуска

National Geographic
Почему каланам не холодно в океане: новое исследование Почему каланам не холодно в океане: новое исследование

Оказывается, каланы обладают особым типом метаболизма

National Geographic
Константин Бинкин Константин Бинкин

Художник по свету превращает спектакли в произведения искусства

Собака.ru
Минимум спорта, белки, психология: главные секреты похудения Адель Минимум спорта, белки, психология: главные секреты похудения Адель

Все способы похудения Адель

Cosmopolitan
Ксения Драгунская. «Как выплакать тебя из сердца, скажи?» Ксения Драгунская. «Как выплакать тебя из сердца, скажи?»

Ксения Драгунская была удивительным человеком — щедрым, радостным, добрым

СНОБ
«Режиссеры смеялись, а я плакала»: звезду сериала «Фитнес» травили из-за ее веса «Режиссеры смеялись, а я плакала»: звезду сериала «Фитнес» травили из-за ее веса

Лёля Баранова призналась, что испытывала трудности с работой из-за фигуры

Cosmopolitan
Бьюти-вундеркинды: как живут и сколько зарабатывают известные дети-визажисты Бьюти-вундеркинды: как живут и сколько зарабатывают известные дети-визажисты

Дети-мейкаперы владеют кистями ничуть не хуже старших коллег

Cosmopolitan
Литературное путешествие: 9 романов, действие которых разворачивается в разных городах России Литературное путешествие: 9 романов, действие которых разворачивается в разных городах России

Разные города нашей страны объединены русской литературой

Вокруг света
Конор Макгрегор: «Хороший костюм – как броня» Конор Макгрегор: «Хороший костюм – как броня»

Конор Макгрегор — легенда в октагоне, в костюме, на вискокурне и просто по жизни

GQ
Как Азербайджан превращает Карабах в «инфраструктурную витрину» Как Азербайджан превращает Карабах в «инфраструктурную витрину»

Репортаж с территорий, перешедших азербайджанцам после войны с армянами

Эксперт
Копировала идеи и изводила сотрудников, но подняла рынки вне США: разбор «фабрики стартапов» Rocket Internet Копировала идеи и изводила сотрудников, но подняла рынки вне США: разбор «фабрики стартапов» Rocket Internet

Rocket Internet создала сотни рабочих мест и привлекла внимание к рынкам

VC.RU
«Я не хочу тебя»: правильно ли мы понимаем асексуальность? «Я не хочу тебя»: правильно ли мы понимаем асексуальность?

Узнали, как живется людям, которые не испытывают влечения к другим

Playboy
20 способов впечатлить девушку 20 способов впечатлить девушку

Как регулярно потрясать девичье воображение?

Maxim
В Антарктиде обнаружили новый вид мха В Антарктиде обнаружили новый вид мха

Полярные биологи наткнулись на новый вид мха

National Geographic
Хроники сибирской Атлантиды: как часть суши на берегу Байкала ушла под воду Хроники сибирской Атлантиды: как часть суши на берегу Байкала ушла под воду

Российская «Атлантида» находится на территории республики Бурятия

Вокруг света
Эта ракета не взлетит. Новое кино Серебренникова — о том, как мы проспали будущее Эта ракета не взлетит. Новое кино Серебренникова — о том, как мы проспали будущее

«Петровы в гриппе» — о том, как вырваться из утопии прошлого и зажить

СНОБ
Открыть в приложении