Livsvei. Når dukket de første organismene opp på jorden? Opprinnelse til eukaryoter Evolusjon av cellulære organismer
Livets fremvekst er hovedspørsmålet som alltid har bekymret den intelligente menneskeheten. Svarene på det endret seg like ofte som en persons idé om verdensordenen. Samtidig kan begge versjoner om livets guddommelige natur og antakelser om at livet er født av seg selv eksistere side om side: kast en fille inn i hjørnet av en hytte - og etter en tid vil det bli født mus fra denne fillen. For å være rettferdig er det verdt å merke seg at slutten på denne saken ikke er nådd i dag. Dessuten kan moderne vitenskap ikke engang svare på spørsmålet om hva liv er. Men det naturforskere er enige om, er at de aller første organiske skapningene på planeten Jorden mest sannsynlig var de første bakteriene.
Å akseptere at organisk liv utviklet seg fra den enkleste encellede organismen, som ikke kan sees med ethvert mikroskop, er ingen enkel avgjørelse. Selv det moderne samfunnet er ikke helt klar til å forlate ideen om tilstedeværelsen av Guds forsyn og ta fullt ansvar for det som skjer utelukkende på seg selv, og i tidligere århundrer ble slike ideer kalt kjetteri og oppvigleri.
Etiske og kulturelle aspekter ved det sosiale livet har alltid påvirket hastigheten og retningen til vitenskapelig og teknologisk fremgang (og denne påvirkningen har ikke alltid vært negativ). Men i tillegg til etiske problemer, er det også objektive vanskeligheter som ikke tillater oss å prikke alle i-ene når det gjelder utseendet til de første levende organismene.
Følgende omstendigheter tillater ikke at følgende omstendigheter endelig sikrer retten til autotrofe og heterotrofe bakterier til å være pionerer i dannelsen av organisk liv på planeten Jorden:
- Et av prinsippene for den vitenskapelige tilnærmingen, som sier at naturen i prinsippet er ukjent og det er alltid mulighet for å innhente nye data som kan endre det offisielle vitenskapelige paradigmet.
- Mangelen på et fullstendig bilde av prosessen som et resultat av at et komplekst selvreplikerende organisk molekyl kan oppstå fra uorganiske forbindelser.
- Mangel på tilgang til sedimenter som ble dannet på planeten Jorden helt i begynnelsen av dens eksistens.
Det er forslag om at de aller første autotrofe bakteriene dukket opp på jorden i de første hundre millioner årene av planetens eksistens.
Så langt kan denne hypotesen verken bekreftes eller avkreftes. Det er flere årsaker til denne usikkerheten:
- De eldste sedimentære forekomstene som finnes i dag ble dannet for 3,9 milliarder år siden og inneholder allerede spor av bakterier.
- Mangelen på mulighet til å studere senere bergarter tyder på at de også kan inneholde spor av bakterier.
Det ser ut til at spørsmålet om når bakterier dukket opp og hvor mange år siden organiske molekyler begynte å kopiere seg selv ved hjelp av energi hentet fra miljøet, er utsatt til geologiske objekter er identifisert som er så nær planetens alder som mulig.
Hvordan de dukket opp
Hvis vi abstraherer fra da de aller første prokaryotene dukket opp og stiller spørsmålet om hvordan de dukket opp, kan du lære mye interessant om hva organisk jordisk liv er basert på.
Svaret ligger i de første prosessene som oppsto i det livløse og giftige, etter moderne standarder, vannet i primærhavet.
Moderne bakterier, som studeres med det formål å behandle mennesker, mate dem og fjerne avfallet deres, har ingenting å gjøre med de første bakteriene som levde på jorden.
For eksempel undersøkes i dag aktivt bakterien Helicobacter pylori, som har infisert mer enn halvparten av verdens befolkning og er årsak til magesår i mage og tolvfingertarm.
På jakt etter verktøy for å behandle denne sykdommen, jobbet biologer med hypotesen om at de første menneskene ble smittet med denne bakterien fra dyr. Nyere data har imidlertid vist at det var mennesket som ble det første reservoaret for livet av Helicobacter pylori. Ytterligere infeksjon av dyr skjedde som følge av kontakt mellom sistnevnte og mennesker.
Denne informasjonen er av stor verdi for behandling av sår, fordi ved å forstå de evolusjonære banene til sårbakterier er det mye lettere å utvikle omfattende behandling og forebyggende tiltak.
I tillegg til å studere levende bakteriekulturer, prøver mikrobiologer og farmasøyter å lage kunstige mikroorganismer som også kan løse problemer med å diagnostisere og behandle menneskelige sykdommer.
I dag utforskes mulighetene for kunstige bakterier skapt på grunnlag av vanlig E. coli for å diagnostisere kreft og diabetes. Påvisning av disse sykdommene i de tidlige stadiene bidrar til å oppnå høye resultater i behandlingen.
Man må imidlertid forstå at en kunstig bakterie ikke er en mikroorganisme laget av syntetiske materialer. En syntetisk bakterie er en vanlig bakterie der det gjøres visse endringer i dens genetiske kode.
Jpeg" alt=" Skittent vann fra springen" width="300" height="199" srcset="" data-srcset="https://probakterii.ru/wp-content/uploads/2015/06/Grjaznaja-voda-iz-krana-300x199..jpeg 640w" sizes="(max-width: 300px) 100vw, 300px"> Так, например, та же синтетическая кишечная палочка, благодаря изменению ДНК искусственным путем, при повышении сахара в крови диабетика начинает вырабатывать флуоресцирующий белок, который, попадая в мочу больного, сразу проявляет себя на специальных биохимических тестах.!}
Til tross for løftet om utvikling innen feltet for å lage syntetiske bakterier som er nødvendige for behandling og diagnostisering av mennesker, er disse vitenskapelige utviklingene svært farlige.
Mange offentlige institusjoner oppfordrer utviklere av innovasjoner til å lage kunstige bakterier til å nekte å patentere utviklingen deres, siden moderne vitenskap ennå ikke kan svare på spørsmålet om hva som vil skje hvis syntetiske bakterier blir en del av det naturlige bakteriemiljøet på planeten.
Og det er nesten umulig å spore øyeblikket for penetrering av kunstige bakterier i det naturlige miljøet.
Russiske paleontologer plantet en bombe under tradisjonelle syn på livets opprinnelse på planeten. Jordens historie må skrives om.
Det antas at livet begynte på planeten vår for omtrent 4 milliarder år siden. Og de første innbyggerne på jorden var bakterier. Milliarder av individer dannet kolonier som dekket havbunnens store vidder med en levende film. Gamle organismer var i stand til å tilpasse seg virkelighetens harde realiteter. Høye temperaturer og et oksygenfritt miljø er forhold der det er større sannsynlighet for at du dør enn å overleve. Men bakteriene overlevde. Den encellede verden var i stand til å tilpasse seg et aggressivt miljø på grunn av sin enkelhet. En bakterie er en celle som ikke har en kjerne inni. Slike organismer kalles prokaryoter. Den neste evolusjonsrunden er assosiert med eukaryoter - celler med en kjerne. Livets overgang til neste utviklingsstadium skjedde, slik forskerne var overbevist om inntil nylig, for omtrent 1,5 milliarder år siden. Men i dag er meningene til eksperter om denne datoen delte. Årsaken til dette var en oppsiktsvekkende uttalelse fra forskere fra Paleontological Institute of the Russian Academy of Sciences.
Gi meg litt luft!
Prokaryoter spilte en viktig rolle i historien til utviklingen av biosfæren. Uten dem ville det ikke vært liv på jorden. Men verden av atomfrie skapninger ble fratatt muligheten til å utvikle seg gradvis. Hvordan prokaryoter var for 3,5-4 milliarder år siden, de forblir nesten de samme til i dag. En prokaryot celle er ikke i stand til å lage en kompleks organisme. For at evolusjonen skulle komme videre og gi opphav til mer komplekse livsformer, var det nødvendig med en annen, mer avansert celletype – en celle med en kjerne.
Utseendet til eukaryoter ble innledet av en veldig viktig hendelse: oksygen dukket opp i jordens atmosfære. Celler uten kjerner kunne leve i et oksygenfritt miljø, men eukaryoter kunne ikke lenger leve. De første produsentene av oksygen var mest sannsynlig cyanobakterier, som fant en effektiv metode for fotosyntese. Hva kan han være? Hvis før denne bakterien brukte hydrogensulfid som elektrondonor, så lærte de på et tidspunkt å motta et elektron fra vann.
"Overgangen til bruk av en så nesten ubegrenset ressurs som vann har åpnet for evolusjonære muligheter for cyanobakterier," mener Alexander Markov, en forsker ved det paleontologiske instituttet ved det russiske vitenskapsakademiet. I stedet for det vanlige svovel og sulfater, begynte oksygen å bli frigjort under fotosyntesen. Og så begynte moroa, som de sier. Utseendet til den første organismen med en cellekjerne åpnet store muligheter for utviklingen av alt liv på jorden. Utviklingen av eukaryoter førte til fremveksten av så komplekse former som planter, sopp, dyr og, selvfølgelig, mennesker. De har alle samme type celle, med en kjerne i sentrum. Denne komponenten er ansvarlig for lagring og overføring av genetisk informasjon. Han påvirket også det faktum at eukaryote organismer begynte å reprodusere seg selv gjennom seksuell reproduksjon.
Biologer og paleontologer har studert den eukaryote cellen så detaljert som mulig. De antok at de også kjente opprinnelsestidspunktet til de første eukaryotene. Eksperter ga tall for 1-1,5 milliarder år siden. Men det viste seg plutselig at denne hendelsen skjedde mye tidligere.
Et uventet funn
Tilbake i 1982 utførte paleontolog Boris Timofeev en interessant studie og publiserte resultatene. I arkeiske og nedre proterozoiske bergarter (2,9-3 milliarder år gamle) i Karelia oppdaget han uvanlige fossiliserte mikroorganismer som målte rundt 10 mikrometer (0,01 millimeter). De fleste funnene var sfæriske i formen, hvis overflate var dekket med folder og mønstre. Timofeev antok at han oppdaget akritarker - organismer som er klassifisert som representanter for eukaryoter. Tidligere fant paleontologer lignende prøver av organisk materiale bare i yngre sedimenter - omtrent 1,5 milliarder år gamle. Forskeren skrev om denne oppdagelsen i sin bok. "Kvaliteten på utskriften av den utgaven var rett og slett forferdelig. Det var generelt umulig å forstå noe fra illustrasjonene. Bildene var uskarpe grå flekker," sier Alexander Markov, "så det er ikke overraskende at de fleste lesere har bladd gjennom dette arbeidet, kastet det til side, trygt om å glemme ham." Fornemmelsen, som ofte skjer i vitenskapen, lå i en bokhylle i mange år.
Direktøren for det paleontologiske instituttet ved det russiske vitenskapsakademiet, doktor i geologiske og mineralogiske vitenskaper, korresponderende medlem av det russiske vitenskapsakademiet Alexey Rozanov, husket ganske ved et uhell Timofeevs arbeid. Han bestemte seg nok en gang, ved hjelp av moderne apparater, for å utforske samlingen av karelske prøver. Og han ble veldig raskt overbevist om at dette virkelig var eukaryote-lignende organismer. Rozanov er sikker på at oppdagelsen av hans forgjenger er en viktig oppdagelse, noe som er en overbevisende grunn til å revidere eksisterende syn på tidspunktet for den første opptredenen av eukaryoter. Hypotesen fikk veldig raskt tilhengere og motstandere. Men selv de som deler Rozanovs synspunkter, snakker med tilbakeholdenhet om dette spørsmålet: "I prinsippet er utseendet til eukaryoter for 3 milliarder år siden mulig. Men dette er vanskelig å bevise," sier Alexander Markov. "Den gjennomsnittlige størrelsen på prokaryoter varierer fra 100 nanometer til 1 mikron, "Eukaryoter varierer fra 2-3 til 50 mikrometer. I virkeligheten overlapper størrelsesområdene. Forskere finner ofte prøver av både gigantiske prokaryoter og bittesmå eukaryoter. Størrelsen er ikke 100 % bevis." Å teste en hypotese er virkelig ikke lett. Det er ikke flere eksemplarer av eukaryote organismer i verden hentet fra arkeiske forekomster. Det er heller ikke mulig å sammenligne eldgamle gjenstander med deres moderne motstykker, fordi etterkommerne av akritarkene ikke overlevde til i dag.
Revolusjon innen vitenskap
Ikke desto mindre var det et stort oppstyr i det vitenskapelige miljøet rundt Rozanovs idé. Noen mennesker aksepterer kategorisk ikke Timofeevs funn, fordi de er sikre på at det for 3 milliarder år siden ikke var oksygen på jorden. Andre er forvirret av temperaturfaktoren. Forskere tror at hvis eukaryote organismer dukket opp under den arkeiske epoken, ville de grovt sett umiddelbart lage mat. Alexey Rozanov sier følgende: "Vanligvis bestemmes parametere som temperatur, mengden oksygen i luften og saltholdighet i vannet basert på geologiske og geokjemiske data. Jeg foreslår en annen tilnærming. Bruk først paleontologiske funn for å estimere nivået av biologiske organisasjon. Deretter, basert på disse dataene, bestemme hvor mye oksygen som burde vært inneholdt i jordens atmosfære for at en eller annen form for liv skal føles normal. Hvis eukaryoter dukket opp, betyr det at oksygen allerede burde være tilstede i atmosfæren, i regionen på flere prosent av det nåværende nivået. Hvis en orm dukket opp, burde oksygeninnholdet "allerede vært titalls prosent. Dermed er det mulig å tegne en graf som gjenspeiler utseendet til organismer med forskjellige organisasjonsnivåer avhengig av økningen i oksygen og reduksjon i temperatur." Alexey Rozanov er tilbøyelig til å presse tilbake så langt som mulig øyeblikket da oksygen dukker opp og ekstremt redusere temperaturen på den gamle jorden.
Hvis det kan bevises at Timofeev har funnet fossiliserte eukaryot-lignende mikroorganismer, vil dette bety at menneskeheten snart må endre sin vanlige forståelse av evolusjonsforløpet. Dette faktum tillater oss å si at livet på jorden dukket opp mye tidligere enn forventet. I tillegg viser det seg at det er nødvendig å revidere den evolusjonære kronologien til livet på jorden, som det viser seg er nesten 2 milliarder år eldre. Men i dette tilfellet er det fortsatt uklart når, hvor, på hvilket utviklingsstadium den evolusjonære kjeden brøt eller hvorfor dens fremgang avtok. Det er med andre ord helt uklart hva som skjedde på jorden i 2 milliarder år, hvor eukaryoter gjemte seg hele denne tiden: det dannes en for stor hvit flekk i historien til planeten vår. Nok en revisjon av fortiden er nødvendig, og dette er et kolossalt verk i omfang, som kanskje aldri tar slutt.
MENINGER
Livslang
Vladimir Sergeev, doktor i geologiske og mineralogiske vitenskaper, ledende forsker ved det geologiske instituttet ved det russiske vitenskapsakademiet:
Etter min mening må vi være mer forsiktige med slike konklusjoner. Timofeevs data er basert på materiale som har sekundære endringer. Og dette er hovedproblemet. Cellene til eukaryote-lignende organismer gjennomgikk kjemisk nedbrytning, og de kunne også bli ødelagt av bakterier. Jeg anser det som nødvendig å analysere Timofeevs funn på nytt. Når det gjelder tidspunktet for utseendet til eukaryoter, mener de fleste eksperter at de dukket opp for 1,8-2 milliarder år siden. Det er noen funn hvis biomarkører indikerer fremveksten av disse organismene for 2,8 milliarder år siden. I prinsippet er dette problemet forbundet med utseendet av oksygen i jordens atmosfære. I følge den allment aksepterte oppfatningen ble den dannet for 2,8 milliarder år siden. Og Alexey Rozanov skyver denne tiden tilbake til 3,5 milliarder år. Fra mitt ståsted er dette ikke sant.
Alexander Belov, paleoantropolog:
Alt vitenskapen finner i dag er bare en partikkel av materialet som fortsatt kan eksistere på planeten. Bevarte former er svært sjeldne. Faktum er at bevaring av organismer krever spesielle forhold: et fuktig miljø, mangel på oksygen, mineralisering. Mikroorganismer som levde på land har kanskje ikke nådd forskere i det hele tatt. Det er ved mineraliserte eller fossiliserte strukturer at forskere bedømmer hva slags liv det var på planeten. Materialet som faller i hendene på forskere er en blanding av fragmenter fra forskjellige tidsepoker. Klassiske konklusjoner om livets opprinnelse på jorden er kanskje ikke sanne. Etter min mening utviklet den seg ikke fra enkel til kompleks, men dukket opp med en gang.
Maya Prygunova, Itogi-magasinet nr. 45 (595)
Fremveksten av eukaryoter på jorden begynte for omtrent 1 milliard år siden, selv om den første av dem dukket opp mye tidligere (kanskje for 2,5 milliarder år siden). Opprinnelsen til eukaryoter kan være assosiert med den tvungne utviklingen av prokaryote organismer i en atmosfære som begynte å inneholde oksygen.
Symbiogenese - hovedhypotesen om opprinnelsen til eukaryoter
Det er flere hypoteser om opprinnelsen til eukaryote celler. Den mest populære - symbiotisk hypotese (symbiogenese). I følge den oppsto eukaryoter som et resultat av foreningen av forskjellige prokaryoter i en celle, som først gikk inn i symbiose, og deretter, stadig mer spesialisert, ble organeller av en enkelt organismecelle. Som et minimum har mitokondrier og kloroplaster (plastider generelt) en symbiotisk opprinnelse. De stammer fra bakterielle symbionter.
Vertscellen kan være en relativt stor anaerob heterotrof prokaryot, lik en amøbe. I motsetning til andre, kunne den skaffe seg evnen til å mate ved fagocytose og pinocytose, noe som gjorde det mulig for den å fange andre prokaryoter. De ble ikke alle fordøyd, men forsynte eieren med produktene fra deres vitale aktivitet). På sin side fikk de næringsstoffer fra den.
Mitokondrier stammet fra aerobe bakterier og gjorde at vertscellen kunne gå over til aerob respirasjon, som ikke bare er mye mer effektivt, men også gjør det lettere å leve i en atmosfære som inneholder en ganske stor mengde oksygen. I et slikt miljø får aerobe organismer en fordel fremfor anaerobe.
Senere slo eldgamle prokaryoter som ligner på levende blågrønnalger (cyanobakterier) seg i noen celler. De ble kloroplaster, og ga opphav til den evolusjonære grenen av planter.
I tillegg til mitokondrier og plastider kan flageller av eukaryoter ha en symbiotisk opprinnelse. De ble symbiontbakterier, som moderne spiroketter med flagell. Det antas at sentrioler, slike viktige strukturer for mekanismen for celledeling i eukaryoter, deretter dukket opp fra basallegemene til flagella.
Det endoplasmatiske retikulumet, Golgi-komplekset, vesikler og vakuoler kan ha sin opprinnelse fra den ytre membranen til kjernekappen. Fra et annet synspunkt kunne noen av de listede organellene ha oppstått ved å forenkle mitokondrier eller plastider.
Spørsmålet om opprinnelsen til kjernen forblir stort sett uklart. Kan den også ha dannet seg fra en prokaryotisk symbiont? Mengden DNA i kjernen til moderne eukaryoter er mange ganger større enn i mitokondrier og kloroplaster. Kanskje en del av den genetiske informasjonen til sistnevnte flyttet til kjernen over tid. I løpet av evolusjonsprosessen var det også en ytterligere økning i størrelsen på kjernegenomet.
I tillegg, i den symbiotiske hypotesen om opprinnelsen til eukaryoter, er ikke alt så enkelt med vertscellen. De er kanskje ikke bare én type prokaryoter. Ved å bruke metoder for genomsammenligning konkluderer forskerne at vertscellen er nær archaea, mens den kombinerer egenskapene til archaea og en rekke ikke-relaterte grupper av bakterier. Fra dette kan vi konkludere med at fremveksten av eukaryoter skjedde i et komplekst samfunn av prokaryoter. I dette tilfellet begynte prosessen mest sannsynlig med metanogene archaea, som gikk inn i symbiose med andre prokaryoter, som var forårsaket av behovet for å leve i et oksygenmiljø. Utseendet til fagocytose fremmet tilstrømningen av fremmede gener, og kjernen ble dannet for å beskytte det genetiske materialet.
Molekylær analyse har vist at forskjellige eukaryote proteiner kommer fra forskjellige grupper av prokaryoter.
Bevis for symbiogenese
Den symbiotiske opprinnelsen til eukaryoter støttes av det faktum at mitokondrier og kloroplaster har sitt eget DNA, som er sirkulært og ikke assosiert med proteiner (dette er også tilfellet i prokaryoter). Imidlertid har mitokondrie- og plastidgener introner, noe prokaryoter ikke har.
Plastider og mitokondrier reproduseres ikke av cellen fra bunnen av. De er dannet fra eksisterende lignende organeller gjennom deres deling og påfølgende vekst.
For tiden finnes det amøber som ikke har mitokondrier, men som i stedet har symbiontbakterier. Det finnes også protozoer som lever sammen med encellede alger, som fungerer som kloroplaster i vertscellen.
Invaginasjonshypotese om opprinnelsen til eukaryoter
I tillegg til symbiogenese er det andre syn på opprinnelsen til eukaryoter. For eksempel, intussusception hypotese. I følge den var stamfaren til den eukaryote cellen ikke en anaerob, men en aerob prokaryot. Andre prokaryoter kan feste seg til en slik celle. Deretter ble genomene deres kombinert.
Kjernen, mitokondriene og plastidene oppsto gjennom invaginering og løsgjøring av deler av cellemembranen. Fremmed DNA kom inn i disse strukturene.
Kompleksiteten til genomet skjedde i prosessen med videre evolusjon.
Invaginasjonshypotesen om opprinnelsen til eukaryoter forklarer godt tilstedeværelsen av en dobbel membran i organeller. Det forklarer imidlertid ikke hvorfor proteinbiosyntesesystemet i kloroplaster og mitokondrier ligner på det prokaryote, mens det i det nukleære-cytoplasmatiske komplekset har nøkkelforskjeller.
Årsaker til utviklingen av eukaryoter
Alt mangfoldet av liv på jorden (fra protozoer til angiospermer til pattedyr) ga opphav til eukaryote, ikke prokaryote celler. Spørsmålet oppstår, hvorfor? Åpenbart økte en rekke funksjoner som oppsto i eukaryoter betydelig deres evolusjonære evner.
For det første har eukaryoter et kjernegenom som er mange ganger større enn prokaryoter. Samtidig er eukaryote celler diploide; i tillegg, i hvert haploid sett, gjentas visse gener mange ganger. Alt dette gir på den ene siden en stor skala for mutasjonsvariabilitet, og på den andre siden reduserer det trusselen om en kraftig reduksjon i levedyktighet som følge av en skadelig mutasjon. Dermed har eukaryoter, i motsetning til prokaryoter, en reserve av arvelig variasjon.
Eukaryote celler har en mer kompleks mekanisme for å regulere livsaktivitet; de har betydelig flere forskjellige regulatoriske gener. I tillegg dannet DNA-molekyler komplekser med proteiner, som gjorde at arvelig materiale kunne pakkes og pakkes ut. Til sammen gjorde dette det mulig å lese informasjon i deler, i ulike kombinasjoner og mengder, til ulike tider. (Hvis i prokaryote celler blir nesten all genominformasjonen transkribert, så i eukaryote celler vanligvis mindre enn halvparten.) Takket være dette kunne eukaryoter spesialisere seg og tilpasse seg bedre.
Eukaryoter utviklet mitose og deretter meiose. Mitose tillater reproduksjon av genetisk like celler, og meiose øker i stor grad den kombinative variasjonen, noe som setter fart på evolusjonen.
Aerob respirasjon, ervervet av deres forfar, spilte en stor rolle i velstanden til eukaryoter (selv om mange prokaryoter også har det).
Ved begynnelsen av deres utvikling, skaffet eukaryoter en elastisk membran, som ga muligheten for fagocytose, og flageller, som tillot dem å bevege seg. Dette gjorde det mulig å spise mer effektivt.
Når dukket det opp liv på jorden? Det vanligste svaret: De eldste mistenkte restene av levende organismer finnes på Grønland, i bergarter av Isua-grønnsteinsformasjonen, som er 3,8 milliarder år gamle. Dette betyr at livet allerede eksisterte på dette tidspunktet. Riktignok er det ikke kjent hvilken. Og her ligger det første problemet. Restene som ble funnet ved Isua bevarte ingen spor av strukturen til levende celler - de var korn av rent karbon, og konklusjonen om at de en gang var levende vesener ble laget bare av sammensetningen av dette karbonet.
Her må vi snakke litt om hva atomer er. Hovedparameteren til ethvert atom er antall protoner, eller atomnummer(Z). Det avhenger bare av ham hvilket kjemisk grunnstoff atomet tilhører. Imidlertid inneholder kjernen til et atom ikke bare protoner, men også nøytroner. Det totale antallet protoner og nøytroner i kjernen kalles massenummer(EN). Og så det kan variere for atomer av samme grunnstoff. For eksempel vil ethvert atom som har 6 protoner i kjernen være et karbonatom. Men det finnes flere typer karbonatomer, for eksempel de med seks nøytroner i kjernen (12C) eller de med syv nøytroner i kjernen (13C). Atomer som har samme atomnummer, men forskjellige massetall kalles isotoper.
Karbondioksid (CO2) kan inneholde både et 12C-atom og et 13C-atom. Men enzymet som binder karbondioksid for fotosyntese er mye mer villig til å fange CO2-molekyler med 12C-karbon, rett og slett fordi de er lettere. Slik skilles isotoper. Følgelig har levende organismer som direkte eller indirekte lever av produktene fra fotosyntesen - det vil si nesten alle levende organismer på jorden - et endret karbonisotopforhold sammenlignet med atmosfærisk CO2: det er mye mer "lett" karbon i dem enn "tungt" karbon. Dette betyr at etter å ha funnet rent karbon, er det mulig å bestemme ved 12C/13C-forholdet om dette karbonet er biogent, det vil si at det en gang var en del av levende organismer.
Men hva om, under smelting av bergarter, en annen, rent fysisk mekanisme for å separere karbonisotoper ble aktivert? Dette er mulig, og noen forskere mener at dette var tilfellet med Isua-bergartene (Fedo og Whitehouse, 2002). Da forsvinner "sporene etter det eldste liv". Dette er ikke å si at dette emnet er lukket, men statusen til Isua-rasene er nå definitivt i tvil. Det tristeste er at biologi ikke kan gjøre noe her – det siste ordet tilhører geologi og isotopkjemi. En biogen opprinnelse av karbon fra Isua kan ikke utelukkes, det er rett og slett kontroversielt.
På den annen side er ikke Isua-grønnsteinsformasjonen grensen. En fersk artikkel antydet en biogen opprinnelse for 4,1 milliarder år gammelt karbon (Bell et al., 2015). Dette er helt utrolig, for for slike eldgamle tider er ingen fullverdige bergarter kjent - bare korn av zirkonmineralet begravd i senere sedimenter. Det var i disse zirkonkornene at geologer fant karbon med et forskjøvet isotopforhold, typisk for levende systemer. Ifølge forfatterne er andre måter å skille isotoper på i dette tilfellet usannsynlig, så dette kan være spor etter liv - ufattelig eldgammelt liv! Formen til dette livet forblir i alle fall et mysterium, fordi i de studerte prøvene er det bare et kjemisk signal.
I mellomtiden kan de første levende organismene være svært forskjellige fra moderne - og med modernitet i dette tilfellet mener vi omtrent de siste tre pluss milliarder årene. For eksempel tyder molekylære bevis på at den felles stamfaren til alle cellulære organismer hadde mye enklere transkripsjons- og translasjonssystemer enn moderne celler, og ikke noe DNA-replikasjonssystem i det hele tatt (Woese, 2002). Bakterielle DNA-polymeraser har nesten ingenting til felles med arkeale og eukaryote DNA-polymeraser; mest sannsynlig betyr dette at hele mekanismen for DNA-replikasjon oppsto minst to ganger - i bakteriegrenen og i arkealgrenen som eukaryotene stammer fra. Det viser seg at deres felles stamfar hadde et RNA-genom.
I tillegg kan denne felles stamfaren ennå ikke ha nådd den darwinistiske terskelen - øyeblikket da intensiteten av den vanlige vertikale genoverføringen (fra forfedre til etterkommere) begynte å betydelig overskride intensiteten av horisontal genoverføring (mellom naboliggende genetiske systemer, uansett av slektskap). Konseptet "darwinsk terskel" ble introdusert av Carl Richard Woese, den samme store biologen som oppdaget arkea og delte cellulære organismer i tre domener. Det er nå vanskelig for oss å forestille oss hvordan livet så ut på den andre siden av Darwins terskel, men det er klart at organismer var ekstremt varierende - ingen stabile arter kunne eksistere under disse forholdene.
De eldste mer eller mindre pålitelig identifiserbare restene av levende celler er 3,4 milliarder år gamle (Wacey, 2011). Dette er allerede typiske prokaryoter, mest sannsynlig inkludert i gruppen av sulfatreduserende bakterier som har overlevd til i dag. På dette tidspunktet slutter den vage historien om livets opprinnelse og dens egen historie begynner.
Har en lang historie. Det hele startet for omtrent 4 milliarder år siden. Jordas atmosfære har ennå ikke et ozonlag, konsentrasjonen av oksygen i luften er veldig lav og ingenting kan høres på planetens overflate bortsett fra vulkanutbrudd og vindens støy. Forskere tror at det er slik planeten vår så ut da liv begynte å dukke opp på den. Det er svært vanskelig å bekrefte eller avkrefte dette. Bergarter som kunne gi mer informasjon til mennesker ble ødelagt for lenge siden, takket være de geologiske prosessene på planeten. Så, hovedstadiene i utviklingen av livet på jorden.
Evolusjon av livet på jorden. Encellede organismer.
Livet begynte med utseendet til de enkleste livsformene - encellede organismer. De første encellede organismene var prokaryoter. Disse organismene var de første som dukket opp etter at jorden ble egnet for liv. ville ikke tillate selv de enkleste former for liv å dukke opp på overflaten og i atmosfæren. Denne organismen trengte ikke oksygen for sin eksistens. Konsentrasjonen av oksygen i atmosfæren økte, noe som førte til utseendet eukaryoter. For disse organismene ble oksygen det viktigste for livet, i et miljø hvor oksygenkonsentrasjonen var lav, overlevde de ikke.
De første organismene som er i stand til fotosyntese, dukket opp 1 milliard år etter livets tilsynekomst. Disse fotosyntetiske organismene var anaerobe bakterier. Livet begynte gradvis å utvikle seg og etter at innholdet av nitrogenholdige organiske forbindelser falt, dukket det opp nye levende organismer som var i stand til å bruke nitrogen fra jordens atmosfære. Slike skapninger var blågrønnalger. Utviklingen av encellede organismer fant sted etter forferdelige hendelser i planetens liv, og alle stadier av evolusjonen ble beskyttet under jordens magnetfelt.
Over tid begynte de enkleste organismene å utvikle og forbedre sitt genetiske apparat og utvikle metoder for reproduksjon. Så, i livet til encellede organismer, skjedde en overgang til deling av deres generative celler i hann og hunn.
Evolusjon av livet på jorden. Flercellede organismer.
Etter fremveksten av encellede organismer dukket det opp mer komplekse livsformer - flercellede organismer. Utviklingen av liv på planeten Jorden har fått mer komplekse organismer, preget av en mer kompleks struktur og komplekse overgangsstadier av livet.
Første fase av livet - Kolonialt encellet stadium. Overgangen fra encellede organismer til flercellede, strukturen til organismer og det genetiske apparatet blir mer kompleks. Dette stadiet regnes som det enkleste i livet til flercellede organismer.
Andre fase av livet - Primært differensiert stadium. Et mer komplekst stadium er preget av begynnelsen av prinsippet om "arbeidsdeling" mellom organismer i en koloni. På dette stadiet skjedde spesialisering av kroppsfunksjoner på vevs-, organ- og systemiske organnivåer. Takket være dette begynte et nervesystem å dannes i enkle flercellede organismer. Systemet hadde ennå ikke noe nervesenter, men det fantes et koordinasjonssenter.
Tredje stadium av livet - Sentralt differensiert stadium. I løpet av dette stadiet blir den morfofysiologiske strukturen til organismer mer kompleks. Forbedring av denne strukturen skjer gjennom økt vevspesialisering.De ernæringsmessige, ekskresjonelle, generative og andre systemene til flercellede organismer blir mer komplekse. Nervesystemet utvikler et veldefinert nervesenter. Reproduksjonsmetodene blir bedre - fra ekstern til intern befruktning.
Konklusjonen på det tredje stadiet av livet til flercellede organismer er menneskets utseende.
Grønnsaksverden.
Det evolusjonære treet til de enkleste eukaryotene ble delt inn i flere grener. Flercellede planter og sopp dukket opp. Noen av disse plantene kunne flyte fritt på vannoverflaten, mens andre var festet til bunnen.
Psilofytter- planter som først mestret land. Da oppsto andre grupper av landplanter: bregner, moser og andre. Disse plantene reproduserte seg av sporer, men foretrakk et akvatisk habitat.
Planter nådde stort mangfold under karbonperioden. Planter utviklet seg og kunne nå en høyde på opptil 30 meter. I løpet av denne perioden dukket de første gymnospermene opp. De mest utbredte artene var lykofytter og cordaitter. Cordaites lignet bartrær i sin stammeform og hadde lange blader. Etter denne perioden ble jordens overflate diversifisert med forskjellige planter som nådde 30 meter i høyden. Etter mye tid ble planeten vår lik den vi kjenner nå. Nå er det et stort utvalg av dyr og planter på planeten, og mennesket har dukket opp. Mennesket, som et rasjonelt vesen, viet livet sitt til å studere etter at han kom seg "på beina". Gåter begynte å interessere folk, så vel som det viktigste - hvor kom mennesket fra og hvorfor eksisterer det. Som du vet er det fortsatt ingen svar på disse spørsmålene, det er bare teorier som motsier hverandre.
