Сообщение о древнем организме

Обновлено: 08.05.2024

Согласно последним исследованиям учёных из Калифорнийского университета, жизнь зародилась на Земле 4,1 миллиона лет назад, через 300 миллионов лет после того, как планета сформировалась. По меркам космоса — это практически сразу же. И сразу же после появления, жизнь медленно, но уверенно начала захватывать каждый клочок пространства. Спустя триллионы поколений и мутаций появились те жизненные формы, которые мы можем наблюдать в наше время. Разумеется, эволюция продолжается и не закончится до момента уничтожения земного шара разросшимся Солнцем.

На протяжении миллионов и миллионов лет, жизнь принимала разные формы, была разных размеров и видов, многие из которых выглядели настолько инопланетно, что кажутся нам чуждыми. И чем глубже в историю копнуть, тем более странными эти виды могут показаться. Несмотря на постоянные изменения, многие виды живых организмов не претерпели изменений спустя сотни веков, пережив динозавров.

Цианобактерии — 3,5 миллиарда лет

Колонии цианобактерий на фотографии с орбиты

Став доминирующим видом на планете, цианобактерии выделяли колоссальное количество кислорода, который, соединяясь с метаном, создавал углекислый газ. Это привело к изменению температурной среды, что, в свою очередь, стало угрозой для жизни самой бактерии. Помощь неожиданно пришла от живых организмов, для которых кислородная атмосфера стала комфортной. По сути, хлоропласт в современных растениях — симбиотический организм из колоний цианобактерий, объединённых в единую систему ещё в Докембрийскую эру. И кстати: с того времени только один вид живых существ смог настолько же радикально воздействовать на окружающую среду. И вы относитесь именно к нему.

Губки — 760 миллионов лет

Один из наиболее часто встречающихся видов губок

Медузы — 505 миллионов лет

Как известно, мягкие ткани живых организмов редко подвергаются окаменению, но в 2007 году учёным удалось найти отпечаток самой древней медузы. На равнинах штата Юта было найдено 4 вида медуз, живших в этой местности более 500 миллионов лет назад (когда ещё здесь располагался океан, разумеется). За это время, медузы не сильно изменились: то же колоколообразное тело, жгуты и щупальца. При этом медузы населяли землю за 200 миллионов лет до того, как нам представлялось.

Мечехвосты — 455 миллионов лет

Мечехвосты настолько давно существуют в океанской экосистеме, что от них напрямую зависит вопрос выживание десятков видов живых существ: самка откладывает около 90 000 яиц, но только 10 из них дают новую жизнь, все остальные же становятся пищей для других организмов.

Внешнее строение мечехвостов

Кровь мечехвостов имеет голубой цвет, так как в её составе много меди, которая окисляется при взаимодействии с солёной водой. У них отсутствуют белые кровяные клетки, которые призваны бороться с инфекцией. Тем не менее их организм научился локализировать болезнь, не позволяя ей распространяться по всему телу — опять же, из-за специфического состава крови. Нет ничего удивительного в том, что на чёрном рынке медикаментов кровь меченосца может стоить до 15 000 долларов за литр!

Плащеносные акулы — 450 миллионов лет

Эти существа в равной степени неуловимы и ужасны. Настоящие монстры из глубин океана. Этот вид акул обитает в глубоких слоях воды вдоль побережья во многих климатических поясах планеты. Первые два пойманных экземпляра были описаны в 1881 году. Их обнаружили в Токийском заливе. Есть версия, что именно плащеносная акула стала мифическим морским змеем, пугавшим моряков на протяжении веков. Как бы то ни было, этот вид является одним из древнейших. Эти относительно небольшие рыбы (могут достигать полутора метров в длину) крайне редко показываются людям. Понаблюдать их в естественной среде обитания получилось лишь в 2004 году.

Хоть плащеносная акула и напоминает мумифицированную змею, её рот поистине ужасен: в нём находится 300 острейших зубов, снабжённых зазубринами. Хотя учёные до сих пор не видели плащеносную акулу на охоте, существует теория, согласно которой, хищник привлекает морских обитателей белизной клыков, а затем молниеносно нападает, подобно наземной змее. Ещё один замечательный факт об этом создании: срок беременности плащеносной акулы вдвое больше, чем у африканского слона — 42 месяца. Как полагают ихтиологи, это связано с глубоководным давлением.

Неолектомицеты — 400 миллионов лет

До 1969 года грибы принадлежали к царству растений. В этом нет ничего удивительного: у них есть стебель, корневая система, статичность, способы получение питательных веществ. Однако позже выяснилось, что у них гораздо больше общего с животными, поэтому грибы были определены в отельное биологическое царство. Так уж получается, что грибы — первые сложные организмы, вышедшие на сушу. Это произошло приблизительно 450 миллионов лет назад. Tortotubus является наиболее древним видом, найденном среди окаменелостей.

Один из наиболее древних живых ископаемых

Чем же грибы помогли другим видам приспособиться к наземной жизни? Они создали все те питательные вещества, благодаря которым верхний слой пород стал почвой, насыщенной кислородом и азотом.

Неолектомицеты, сложные грибы, появились на планете 400 миллионов лет назад. Ближайшие родственники этого вида — дрожжи. Однако сам факт того, что этот вид прожил на Земле так долго и распространён по всей планете, говорит о его невероятной живучести (он пережил даже расхождение континентов и все глобальные вымирания).

Целаканты — 360 миллионов лет

Заспиртованная особь, хранящаяся в Британском музее

Целаканты отличаются от других видов ныне живущих рыб: у них есть особый орган, с помощью которого они ощущают электромагнитное поле других живых существ. Это идеальное орудие для охоты в кромешной тьме. Кроме того, ещё челюсти прикреплены к черепу таким образом, что целакант может открывать рот гораздо шире, нежели другие рыбы (конструкция чем-то напоминает качели). Также примечательны плавники целакантов — они имеют костную поддержку, поэтому рыбы могут на них даже опираться. В дальнейшем эволюционном развитии, именно такая конструкция превратилась в лапы и ноги.

Дерево гинкго — 270 миллионов лет

Гингко билоба — древнейший вид растений, всё ещё живущих на планете. Как и неолекты, гинкго не имеет среди представителей фауны близких родственников. Наиболее близки гингко к семейству саговниковых, которые появились 360 миллионов лет назад.

Гинкго билоба — особый вид растений

Больше всего окаменелых останков гингко билоба обнаружено в Узбекистане. Раскопки позволили доказать, что вид процветал во время юрского периода (206–144 миллиона лет назад). Изменения климата, произошедшие 65 миллионов лет назад, погубили не только гигантских ящеров: из нескольких видов в живых остался только гингко билоба, произрастающий сейчас лишь в нескольких локальных зонах на территории Китая. Этот вид характеризуется чрезвычайной живучестью и долголетием: самому старому дереву, Древу Мейденхейр, исполнилось три с половиной тысячи лет.

Утконосы — 120 миллионов лет

Безусловно, утконос является самым странным из живущих на планете живых существ. Можно сказать, что утконосы — это что-то среднее между животными, птицами и рептилиями. Гибрид, достойный отдельной книги в средневековом бестиарии. Это млекопитающее, так как у него есть молочные железы для кормления детёнышей. Но детёныши вылупляются из яиц. Такой способ рождения есть только у утконосов и ехидн, найденных на территории Австралии и Новой Гвинее. Клюв и мех — чудное сочетание. Добавьте к этому способ передвижения рептилий и ядовитые шипы на локтях. Ко всему прочему, у этого вида не две пары хромосом (XX и XY), а целых пять! Если и есть инопланетные создания на Земле, то к ним можно отнести утконосов (и осьминогов).

Учёные считают, что однопроходные стали отдельным видом примерно 120 миллионов лет назад и с тех пор медленно эволюционировали из-за медленного метаболизма и скорости дыхания. Кроме того, места обитания были мало подвержены делению экосистемы по системе хищник/травоядный — в естественной среде у утконосов просто нет врагов.

Марсианские муравьи (Martialis Heureka) – 120 миллионов лет

Названные так из-за своего космического вида, Martialis Heureka стали отдельным видом 120 миллионов лет назад. Это древнейший вид муравьёв, обнаруженный лишь в 2003 году в девственных лесах Амазонки.

Марсианский муравей вблизи

Отсутствие глаз и бледный цвет дают подсказку — это подземное создание, выходящее на поверхность лишь ночью. Основой его рациона служат мягкотелые личинки других насекомых, таких как термиты.

Земля имеет ещё много неизученных уголков в глубинах вод, полярных льдах, диких джунглях и жарких пустынях. И не исключено, что в скором времени многие виды живых существ, считавшихся вымершими, снова заявят о своём существовании. Например, плезиозавр по имени Несси.

Средняя продолжительность жизни человека составляет 71,4 года. Однако на Земле существуют организмы, способные пережить не одно поколение людей.

Столетние животные и тысячелетние деревья привлекают как туристов, так и ученых, желающих разгадать секрет такой долгой жизни.

Водоросли на Балеарских островах (Испания), 100 тысяч лет

Водоросли у берегов Балеарских островов в Испании считаются самым старым организмом на Земле. Их возраст составляет около 100 тысяч лет. Колония древних водорослей простирается почти на 16 километров в ширину.

Растение относится к виду морских трав — цветковых, приспособившихся к жизни под водой, но в остальном напоминающих луга на поверхности земли. Чтобы защитить подводные луга, правительство Испании потребовало особо отметить их на навигационных картах.

Осиновый лес Пандо (Юта, США), 80 тысяч лет

Старая лоза (Марибор, Словения), 400 лет

В городе Марибор (Словения) можно найти виноградную лозу, которую посадили в конце Средних веков. Известно, что растению больше 400 лет. Его занесли в Книгу рекордов Гиннесса как самую старую плодоносящую лозу в мире.

Ежегодно старая лоза дает от 35 до 55 килограммов винограда, из которого получается около 100 бутылок вина — напиток отправляют высшим религиозным чинам, включая Папу Римского.

Аллигатор Муя (зоопарк Белграда), около 80 лет

Американский аллигатор Муя, живущий в Белградском зоопарке, считается самым старым из находящихся в неволе крокодилов: ему около 80 лет. В 1937 году, когда его привезли в зоопарк, аллигатор был уже взрослым. С тех пор Муя пережил мировую войну, три бомбежки, которые почти уничтожили зоопарк, и балканский кризис в 1990-х.

Гаттерия Генри (новозеландский музей Саутленд), 120 лет

Гаттерии — это редкие рептилии, которые живут только в Новой Зеландии. Несмотря на внешнее сходство с остальными пресмыкающимися, они относятся к клювоголовым, виду, который жил на планете до динозавров и пережил их вымирание. 120-летний Генри — самая старая из известных человеку гаттерий. Он стал отцом в 111 лет, и это привлекло столь пристальное внимание медиа, что даже английский принц Гарри приехал посмотреть на уникальную рептилию.

Черепаха Джонатан (Сейшельские острова), 184 года

Джонатану было около 50 лет, когда в XIX веке он прибыл с Сейшелов на остров Святой Елены в качестве подарка местному губернатору. В 2005 году черепаху признали самым старым сухопутным животным на земле. Джонатан пережил 28 британских губернаторов. Сейчас он делит территорию с четырьмя другими гигантскими черепахами: Дэвидом, Эммой, Фредерикой и Миртл.

В 2016 году у Джонатана обнаружили проблемы со зрением и обонянием. Несмотря на это, ученые считают, что он может дожить до 200 и более лет.

Фортингэльский тис (Шотландия), до 5000 лет

Рассчитать возраст тисов трудно, поскольку их годичные кольца отмирают. Однако, судя по обхвату ствола, дереву в шотландской деревне Фортингэл не менее двух тысяч лет. При этом измерения, которые сделали в 1769 году, показывают и вовсе пять тысяч лет.

Хильдесхаймская роза (Германия), 1000 лет

На стене собора Хильдесхайма в Германии растет тысячелетняя роза, которую в 1985 занесли в список Всемирного наследия ЮНЕСКО. Куст собачьего шиповника, или Rosa canina, считается самой старой живой розой в мире.

Согласно записям, растению примерно 700 лет, но многие считают, что оно гораздо старше. Во время Второй мировой собор разбомбили, но корни розы выжили, и растение снова оплело восстановленную стену.

Оливковое дерево в деревне Вувес (Крит), около 4000 лет

В деревне Вувес на Крите находится, вероятно, одно из старейших оливковых деревьев в мире. Ученые из Критского университета оценивают его возраст в 4000 лет, и при этом оно каждый год дает урожай оливок! В 1997 году дерево объявили памятником природы, а в 2009-м неподалеку открыли посвященный ему музей. Каждый год туда приезжают около 20 тысяч человек.

Баобаб Санлэнд (Лимпопо, ЮАР), 6000 лет

Огромное дерево на ферме Sunland в Южной Африке является старейшим баобабом в стране. Радиоуглеродный анализ показывает, что ему около 6000 лет. По словам владелицы фермы Хизер ван Хеерден, этот баобаб старше пирамид Гизы. Ствол дерева настолько велик, что обхватить его могут только 40 взрослых человек.

С возрастом в стволах баобабов образуются полости; в этом дереве полость оказалась настолько большой, что там построили бар. Уместиться в нем могут до 15 человек, а высота потолков достигает четырех метров. Каждый год на ферму Sunland приезжают более семи тысяч человек, которые хотят увидеть легендарное дерево и заодно посидеть в баре внутри него.

Обзор

Автор

Редактор

Одной из главных причин, по которой мы изучаем биологию, является желание понять наше происхождение. Чем больше ископаемых остатков мы изучим, тем больше ветвей добавится к нашему биологическому древу. Но все ветви растут из единого ствола. Так кто же находится у корней?

Ранняя Земля

Во время первых стадий своего формирования Земля кардинально отличалась от той картинки, с которой она ассоциируется у большинства из нас. Было время, когда не существовало жизни и даже намеков на нее. Внешний вид планеты и условия на ней представить довольно сложно, но возможно. После столкновения с Тейей (рис. 1), в результате которого образовалась Луна [1], вся поверхность Земли превратилась в магму с температурой выше 2000 °С. Началось испарение силикатов и водяного пара. В такой протоатмосфере были метан и углекислый газ, благодаря которым создавался сильнейший парниковый эффект.

Рисунок 1. Так художник Билл Карр (Bill Carr) изобразил последствия столкновения Земли с гипотетической Тейей

Когда возникла жизнь?

В 2015 году американский журнал Proceedings of the National Academy of Sciences опубликовал статью, которая подтверждает, что на Земле жизнь зародилась ~4,1 миллиарда лет назад [3]. Геохимик Элизабет Белл и ее коллеги анализировали породы массива Джек Хиллс в Западной Австралии и нашли в одном из цирконов (его датируют 4,1 миллиардами лет) включения углерода. Авторы статьи настаивают на том, что этот циркон образовался среди органических соединений, попадавших в мантию в ходе столкновения тектонических плит. Возможно, именно в этом районе Земли впервые зародилась жизнь.

Мир РНК

Появление теории и ее предшественники

После открытия структуры ДНК и подробного цитологического анализа современных эукариот ученые пришли к выводу, что для формирования подобной структуры из первичного бульона ушло бы больше времени, чем существует Вселенная! Также было выяснено, что на тогдашней Земле отсутствовали в нужном объеме многие химические элементы, в частности фосфор, необходимые для формирования такой сложной структуры как эукариотическая клетка [2]. По этим и другим причинам господствующая теория абиогенеза отошла на второй план, и начались поиски другой теории, объясняющей появление современной клетки.

Самой очевидной и простой была теория панспермии (см. врезку) — внеземного происхождения жизни на более пригодной планете и ее распространения на Землю с одним из небесных тел (рис. 2) [4]. Одним из главных аргументов является малое количество на Земле молибдена — элемента, содержащегося во многих жизненно необходимых ферментах. Но все же гипотеза не объясняет происхождение самой жизни, а только указывает возможный путь ее попадания на нашу планету в далеком прошлом из неизвестного уголка Вселенной.

Рисунок 2. В космическом пространстве находится множество молекул (в том числе и органических), способных попасть на Землю

Панспермия

Рисунок 3. Отрывок комикса на тему теории панспермии

Первым высказал идею панспермии (рис. 3) древнегреческий мыслитель Анаксагор в 5 веке до нашей эры, но свое развитие теория получила лишь в 20 веке нашей эры. Фред Хойл и Чандра Викрамасингх были влиятельными сторонниками панспермии, и в 1974 году они выдвинули гипотезу о том, что некоторая пыль в межзвездном пространстве содержит углерод и является органической. Позже их гипотеза подтвердилась [5]. Хойл и Викрамасингх также утверждали, что некие формы жизни продолжают проникать в атмосферу Земли и могут быть ответственны за эпидемические вспышки, новые заболевания и генетическую новизну, необходимую для макроэволюции [6].

Особенно активно эта теория начала развиваться в 21 веке. На МКС с 2008 по 2015 годы проводили эксперименты, связанные с нахождением микроорганизмов в открытом космосе за пределами станции. В течение полутора лет микробы и их споры подвергались воздействию солнечных лучей и вакуума. Некоторые организмы сохранились в неактивном состоянии значительное время [7], и эти образцы, защищенные смоделированным метеоритным материалом, дают экспериментальные подтверждения гипотетического сценария панспермии.

В 2017 году группа российских ученых обнаружила на облицовке МКС споры земных бактерий, подобных микроорганизмам из вод Карского и Баренцева морей. Это означает возможный перенос бактерий из стратосферы в ионосферу с помощью восходящих потоков глобальной электрической цепи Земли [8].

Радикальная гипотеза

Позже выяснилось, что многие процессы в клетке происходят благодаря рибозимам. Очень ярким примером является рибосома, активный центр которой представлен катализирующей рРНК.

Итак, теория мира РНК гласит, что первыми прообразами организмов были автокаталитические циклы, состоящие из этих самых рибозимов и работающие в тем или иным образом ограниченном пространстве [13]. Как мы уже сказали выше, в какой-то момент нуклеотиды, самопроизвольно образовавшиеся в первичном бульоне, под действием высоких температур начали соединяться, и образовали макромолекулы — молекулы РНК, которые были способны копировать друг друга. Кроме такой уникальной возможности, РНК могла синтезировать белки на основе структуры других молекул РНК и хранить информацию. То есть все жизненно важные процессы проходили тогда исключительно на основе РНК.

Однако рибонуклеиновая кислота оказалась довольно плохим накопителем информации из-за своей нестабильности и склонности к быстрой деградации. (Исключение могут составлять, например, РНК-вирусы, генетический материал которых защищен капсидом от разрушительного воздействия окружающей среды. Такие вирусы имеют специальный фермент — обратную транскриптазу, — катализирующий синтез ДНК по матрице РНК после попадания вирусного генетического материала в клетку. Однако не стоит забывать, что вирусы не проявляют признаков жизнедеятельности за пределами клетки и полностью зависят от нее.) И впоследствии, с ходом эволюции, РНК передала свои ферментативные функции белкам, а длительное хранение генетической информации — ДНК.

К сожалению, пока исследования показывают, что ни один природный рибозим не может создать копию себя [14] (хотя синтетические уже могут), и поэтому теория мира РНК еще не является полностью доказанной.

Возникновение клетки

Существуют две основные теории происхождения первой протоклетки, которую можно определенно назвать организмом в современном понимании. Оба предположения могли быть реализованы в условиях молодой Земли.

Сторонники первой теории утверждают, что первая протоклетка могла появиться в зонах с геотермической активностью. Под воздействием врéменных высоких температур вода на какой-то период почти полностью испарилась, и полимеры сконцентрировались в скоплениях жирных кислот — образовался прототип клетки. После сухого периода снова вернулась водная среда, и организм мог начать полноценно функционировать. Подобные геоактивные зоны сейчас находятся на Камчатке и в Йеллоустонском парке [17].

Вторая теория подразумевает, что первый организм мог образоваться в зоне океанических гидротермальных источников. Минеральная полупроницаемая оболочка, покрывающая горные породы жерла источника и поры в нем, эффективно отделяла щелочную среду от более кислой. В результате создавался градиент pH, с помощью которого могли синтезироваться первые органические вещества, такие как углекислый газ [17]. Сходство с живым организмом заключается в том, что гидротермальные источники также частично изолированы от внешней среды. Существование жизни в подобных геотермальных неорганических ячейках поддерживалось постоянным притоком необходимых биогенов, особенно водорода, которой не так легко найти где-то в чистом виде, и температурой магмы, шедшей из недр Земли. Сегодня эта гипотеза Уильяма Мартина и Майкла Рассела считается более правдоподобной и реалистичной [18], [19]. Современным аналогом гидротермальных источников могут служить черные курильщики, которые и сейчас являются оазисами жизни посреди пустынного океанского дна (более подробно курильщики описаны под рисунком 7).

Прогеноты

В 1977 году Карл Вёзе и Жан Фокс определили прогенота как гипотетическую допрокариотную стадию эволюции клетки:

Эукариоты возникли из прокариот, но только с организационным различием, не филогенетическим. Аналогично прокариоты появились из более примитивных форм жизни. Самые эволюционно ранние организмы называются прогенотами, потому что они еще в процессе развития отношений между генотипом и фенотипом.
The concept of cellular evolution [20]

Вопрос о строении прогенотов остается открытым, но кое-что можно сказать уже сейчас. Это были куски генетической информации в виде рибозимной РНК без строго определенного количества генов, изолированные от внешней среды спонтанно собранными фосфолипидными мицеллами (в первичном бульоне содержались все компоненты для образования подобной структуры) [15], [16]. С этой РНК происходили все необходимые для жизнедеятельности процессы — трансляция, репликация и репарация, — но существовала одна значительная проблема. Внутриклеточные процессы зависели от множества факторов внутри- и внеклеточной сред, и по большей части от того, что РНК непригодна для длительного хранения генетической информации, поскольку в агрессивной среде очень быстро деградирует [15].

Однако мы видим явное преимущество прогенотов перед одинокими рибозимными молекулами (и даже их группами) в том, что:

Прогеноты содержат разнообразные и функционально специализированные РНК-молекулы (информационная РНК, хранящая генетический код, и, например, ферментативная РНК, осуществляющая синтез чего-либо).
Прогеноты изолированы от внешней среды, что дает базис для возможного развития внутриклеточной структуры и появления настоящей прокариотной клеточной мембраны.

Следующая стадия клетки должна была уже модернизировать внутреннюю систему, создать полупроницаемую мембрану и развить отношения между генотипом и фенотипом, то есть стать прокариотом.

Насколько он древний?

LUCA жил еще до появления любого из современных представителей земной жизни (рис. 6), до разделения всего живого на эукариот, бактерий и архей (по трехдоменной системе Вёзе) [21–23]. LUCA появился в палеоархее, около 3,6 миллиардов лет назад [24]. Учитывая тот факт, что Земле 4,5 миллиарда лет [25], его можно считать эволюционно очень ранним организмом. Для примера, эукариоты появились только 1,84 миллиарда лет назад, в орозирии [25].

Рисунок 6. Новый взгляд на клеточную эволюцию. На схеме старой парадигмы (А) мы можем видеть, что прогеноты были связующим звеном между РНК-миром и новым разнообразным ДНК-миром. Современный подход (В) говорит, что между прогенотами и тремя доменами существовал последний общий предок, который и выполнял эволюционно переходную функцию.

В старой эволюционной парадигме мы видим только одну, одностороннюю, стрелочку, перпендикулярную трем ветвям-доменам — она иллюстрирует теорию эндосимбиогенеза (рис. 6). Теория гласит, что предшественники некоторых органоидов современных эукариот были свободноживущими бактериями, которые попали в эукариотическую клетку и как-то смогли выжить, наладив отношения с клеткой-хозяином. Примером может служить митохондрия, которая до фагоцитоза была свободной альфа-протеобактерией, или же первичные хлоропласты — в прошлом цианобактерии . Первые предположения о внутриклеточном симбиозе высказывали еще в 19 веке по аналогии с недавно открытым лишайником (симбиозом гриба и бактерии) [27]. Подтверждение теория нашла уже во второй половине 20 века одновременно с резким скачком в генетике, цитологии и микробиологии в целом. Кроме аргумента о несинхронности жизненных циклов симбионта и хозяина, появились цитологические и молекулярные, такие как собственный генетический материал симбионтов или рибосомы.

Новая парадигма обзавелась еще одной перпендикулярной стрелкой — LGT (от англ. lateral gene transfer), или горизонтальным переносом генов (рис. 6). Это одна из главных проблем определения генома LUCA. Горизонтальный перенос генов и слияние ранее независимых линий превратили дерево жизни в сеть жизни. Если мы определим общий ген для архей и бактерий, то будет ли он присутствовать у LUCA как последствие обычной вертикальной передачи генов (по наследству) или же из-за этого самого горизонтального переноса? Приведем яркий пример, не пользуясь понятием LGT: у аэробных архей бактериальный тип дыхания. Значит ли это, что археи — потомки (или предки) аэробных бактерий? Как мы знаем, кислород вырабатывается цианобактериями, следовательно, аэробные археи должны были появиться позже них, и тогда о трех доменах не может идти и речи, т.к. у корня биологического древа следует поставить цианобактерий. Но если включить в систему горизонтальный перенос генов, то всё становится на свои места.

Условия обитания

Благодаря тогдашним климатическим условиям нашей планеты, можно считать LUCA крайним экстремофилом, в связи с чем связано наличие некоторых особенностей его физиологии:

Как выглядел LUCA

Стоит отметить, что LUCA — прокариот [26] и стоит на эволюционно более высоком уровне, чем прогеноты. Время, ушедшее на преобразование из прогенотов в такой сравнительно сложный организм, было просто колоссальным. За этот период LUCA приобрел ряд усовершенствований, связанных в первую очередь с метаморфозами клеточной мембраны и генома. Наследственная информация была строго упорядочена и представлена в виде правильно оформленной молекулы ДНК (или РНК) в отличие от хаотично плавающих в замкнутом пространстве мицелл кусков РНК прогенотов.

Формированию внутриклеточных структур прогенотов препятствовала их зависимость от внешней среды. Отсутствие частично проницаемой мембраны не давало допрокариотам оставлять все нужные вещества внутри клетки. Но уже на уровне LUCA появляется частичная независимость от внешних факторов, фосфолипидная полупроницаемая мембрана [31], закодированная в геноме, и определенный клеточный цикл [32], [33].

По его мнению, возможно, LUCA не имел клеточной организации в современном представлении, это была не отдельная клетка, а сеть организмов, не разделенных мембранами, но уже имеющих ряд важных мембранных белков, таких как компоненты АТФ-синтазы и SRP. Для подобной структуры Кунин предложил использовать обозначение LUCA(S) (Last Ancestral Universal Common State — последнее универсальное предковое состояние). LUCA(S) был разнородной популяцией генетических элементов, которые существовавали в сети неорганических ячеек — компартментов. Таким образом, в подобной системе могли одновременно существовать и РНК, и одноцепочечная ДНК, и даже двухцепочечная ДНК. Появление собственной клеточной мембраны и обособление генома произошли независимо у разных организмов, что и привело к образованию разных во многих смыслах доменов жизни.

Генетика LUCA

Существует две теории о геноме LUCA [18].

Первая говорит нам о том, что у эволюционно ранних прокариотов был смешанный геном из ДНК и РНК, которые слаженно работали вместе, а с течением эволюции разные группы организмов оставили что-то одно: либо РНК, либо ДНК.

Второй подход подразумевает, что генетическая информация у LUCA хранилась в РНК-молекулах, а ДНК появлялась у каждой группы независимо. Вторая теория выглядит минималистичней, и к ней склоняется и Уильям Мартин (см. ниже).

Точного подтверждения существования LUCA в виде секвенированного генома или каких-то окаменелостей, не существует, но его генетическая информация содержится в любом ныне живущем существе (рис. 6).

Для решения проблемы определения состава генома LUCA нужно установить:

Общие гены для доменов бактерий и архей.
Какие гены появились из-за горизонтального переноса.
Какие гены прямо наследованы от LUCA[24].

Затем для генов бактерий и архей можно построить филогенетическое дерево. И если мы учтем все возможные потери и приобретения генов за время эволюции, то есть выясним историю каждого отдельно взятого гена, то свободно проследим путь прямиком до LUCA. При этом ограничение размера генома с учетом гипотетического местообитания LUCA, условий среды и т.п. сильно упрощает задачу [24], [34].

И еще немного о LUCA

Заключение

На ранних эволюционных стадиях мы можем видеть разительное отличие общего устройства и функционала некоторых структур в сравнении с современными. РНК-молекулы, выполнявшие все функции организма, и которые сами, по сути, были целыми организмами на первых стадиях, с ходом эволюции кардинально меняют свое назначение. Раньше РНК полностью заменяла и ДНК, и ферменты, поддерживала жизнь всего организма на основе своего огромного функционала. Однако время идет, жизнь склонна усложняться. Появляется клеточная мембрана, а значит, вскоре появятся и органоиды, и вот уже оказывается, что теперь нет времени на долгий катализ рибозимами, и необходимого срока хранения генетической информации РНК предоставить уже не может в связи с интенсивным увеличением генома. И вот организм вынужден образовывать новые структуры, новые органеллы, прибегать к помощи симбионтов. Таким образом, всего через пару миллиардов лет мы можем лицезреть эукариот, в основе эволюции которых лежит одна лишь макромолекула.

С течением времени и развитием технологий изучение ранних стадий эволюции становится проще, но все так же остается одной из сложнейших задач науки. В последние годы все больше старых гипотез доказывается или опровергается на новой научной базе. Столетие назад никто и подумать не мог об орбитальных экспериментах и космических исследованиях, но человечество и это делает возможным. Мы устанавливаем родство на основе генетики, ищем древнейших предков с помощью молекулярной биологии и пытаемся узнать непостижимое — тайну происхождения жизни.

Все мы еще со школы знаем о том, что многие древние животные, населявшие планету когда-то, давно вымерли. Но знаете ли вы, что сейчас на Земле обитают животные, которые видели динозавров. А еще есть животные, которые существуют дольше, чем деревья, с которых эти динозавры ели листья. При этом много из этих древних представителей фауны практически не изменились за миллионы лет своего существования. Кто же эти старожилы на нашей Земле и что в них такого особенного?

1. Медузы

2. Наутилус

Наутилусы живут на Земле более 500 миллионов лет. Это головоногие моллюски. Самки и самцы отличаются размерами. Раковина наутилусов поделена на камеры. Сам моллюск живет в самой большой камере, а остальные отделения, наполняя или откачивая биогазом, использует как поплавок для погружения на глубину.

3. Мечехвосты

Эти морские членистоногие по праву считаются живыми ископаемыми, ведь они живут на Земле более 450 миллионов лет. Чтобы представить, как это долго, скажу, что мечехвосты старше деревьев.

4. Неопилины

Неопилина — моллюск, который обитает на Земле примерно 400 миллионов лет. Он не изменился во внешнем виде. Обитают неопилины на больших глубинах в океанах.

5. Латимерия

Латимерия — современное ископаемое животное, которое появилось на нашей планете примерно 400 миллионов лет назад. За весь период своего существования она практически не изменилась. На данный момент латимерия пребывает на грани вымирания, поэтому вылов этих рыб строго воспрещен.

6. Акулы

Акулы существуют на Земле более 400 миллионов лет. Акулы очень интересные животные. Люди исследуют их много лет и не перестают удивляться их уникальности.

7. Тараканы

Это настоящие старожилы на Земле. Ученые утверждают, что тараканы населяют планету более 340 миллионов лет. Они выносливые, неприхотливые и быстрые — именно это помогло им выжить в самые бурные периоды истории на Земле.

Тараканы могут жить некоторое время без головы — ведь оны дышат клетками организма. Они отличные бегуны. Некоторые тараканы за секунду пробегают примерно 75 см. Это очень хороший результат относительно их роста. А об их невероятной выносливости свидетельствует тот факт, что они выдерживают радиационное излучение почти в 13 раз больше, чем человек.

Тараканы могут прожить без води примерно месяц, без воды — неделю. Их самка некоторое время сохраняет семя самца и может оплодотворить себя сама.

8. Крокодилы

Крокодилы появились на Земле около 250 миллионов лет назад. Удивительно, но сначала крокодилы жили на суше, но потом им понравилось значительную часть своего времени проводить в воде.

Крокодилы удивительные животные. Кажется, что они ничего не делают просто так. Чтобы облегчить переваривание пищи, крокодилы глотают камни. Это также помогает им погружаться на глубину.

В крови крокодила есть природный антибиотик, который помогает им не болеть. Средняя продолжительность их жизни составляет 50 лет, но некоторые особи могут доживать и до 100 лет. Крокодилы не поддаются дрессировкам, и их можно считать самыми опасными животными на планете.

9. Щитни

Щитни появились на Земле в период динозавров примерно 230 миллионов лет назад. Обитают они почти по всему свету, кроме Антарктиды.
Удивительно, но щитни не изменились во внешнем виде, только стали меньше размером. Самые большие щитни найдены размером 11 см, самые маленькие — 2 см. Если у щитней наступает голод, среди них возможен каннибализм.

10. Черепахи

Черепахи населяли Землю примерно 220 миллионов лет назад. От своих древних предков черепахи отличаются тем, что у них нет зубов, и они научились прятать голову. Черепах можно считать долгожителями. Они доживают и до 100 лет. Они прекрасно видят, слышат, имеют тонкий нюх. Черепахи запоминают человеческие лица.

Если температура в гнезде, где самка отложила яйца высокая, родятся самки, если низкая — только самцы.

11. Гаттерия

Гаттерия — рептилия, которая появилась на Земле более 220 миллионов лет назад. Сейчас гаттерии проживают в Новой Зеландии.

12. Пауки

Пауки живут на Земле более 165 миллионов лет. Самую древнюю паутину нашли в янтаре. Ее возраст становил 100 миллионов лет. Самка паука за один раз может откладывать несколько тысяч яиц — это один из факторов, который помог им прожить до наших дней. У пауков нет костей, их мягкие ткани покрывает твердый экзоскелет.

Паутину не смогли сделать искусственно ни в одной лаборатории. А те пауки, которых отправляли в космос, пряли трехмерную паутину.
Известно, что некоторые пауки могут доживать и до 30 лет. Самый большой известный паук имеет длину почти 30 см, а самый маленький — полмиллиметра.

13. Муравьи

Муравьи — удивительные животные. Считают, что они проживают на нашей планете более 130 миллионов лет, при этом практически не поменяв своего внешнего вида.

Муравьи очень умные, сильные и организованные животные. Можно сказать, что у них существует собственная цивилизация. У них во всем есть порядок — они делятся на три касты, каждая из которых занимается своим делом.

Муравьи очень хорошо приспосабливаются к обстоятельствам. Их популяция — самая большая на Земле. Чтобы вообразить, насколько их много, представьте, что на одного жителя планеты припадает примерно миллион муравьев. Муравьи еще и долгожители. Иногда матки могут доживать до 20 лет! А еще они потрясающе смышленые — муравьи могут обучать своих собратьев искать еду.

14. Утконосы

Утконосы проживают на Земле более 110 миллионов лет. Ученые предполагают, что сначала эти животные жили в Южной Америке, но потом добрались до Австралии.В 18 веке шкурку утконосов впервые увидели в Европе и посчитали… подделкой.

Утконосы — прекрасные пловцы, они с легкостью добывают себе еду с речного дна с помощью клюва. Почти 10 часов в день утконосы проводят под водой.
Утконосов не удалось размножать в неволе, а в дикой природе сегодня их осталось довольно мало. Поэтому животные и занесены в Международную красную книгу.

15. Ехидна

Ехидну можно назвать ровесницей утконосов, ведь она населяет Землю 110 миллионов лет.
Ехидны похожи на ежиков. Они смело охраняют свою территорию, но при опасности зарываются в землю, оставляя на поверхности лишь пучок иголок.
У ехидны нет потовых желез. В жару они мало двигаются, в холод могут впадать в спячку, таким образом регулируя свой теплообмен. Ехидны — долгожители. В природе они живут до 16 лет, а в зоопарках могут доживать и до 45 лет.

Читайте также: