ГИПОТЕЗЫ ОБ ОСНОВНЫХ ЭТАПАХ ПОЯВЛЕНИЯ КЛЕТОК И ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ

Проведенные К.Фолсом [70] и другими учеными эксперименты показали, что при воздействии различных видов энергии на газообразные углерод, азот, воду и водород сначала происходит синтез (сборка) соединений, из которых в дальнейшем синтезируются органические вещества. Таким образом, как на клеточном, так и доклеточном уровнях организации живого преобладают идеи сборки сложного из относительно простых элементов (а не превращения простого в сложное), которые выражаются в различных терминах (синтеза, сборки, интеграции). Идею сборки на доклеточном уровне организации живого разделяют и российские биологи. Так, Панов Е.Н. [71] пишет: «Какова бы ни была сущность происходивших в то время (4 млрд, лет тому назад) процессов, их необходимой составной частью стала самосборка молекул белка из первичных «кирпичиков» живого, так называемых аминокислот, которые самопроизвольно возникли в первичном океане из атомов углерода, азота, водорода и кислорода. Далее происходило объединение белков с носителями генетической информации -молекулами нуклеиновых кислот (ДНК и РНК).

Возможно, что до начала биологической эволюции «сборка» осуществлялась исключительно под влиянием физических сил, действующих в пространстве. В результате могли появиться достаточно сложные и относительно устойчивые минералы, кристаллы, а главное, химические соединения типа белков, ДНК, РНК и др. С появлением ДНК и РНК стало возможным создание микроагрегатов (молекулярных машин) проявляющих признаки жизни. Это стало возможным благодаря уникальной способности белков отвечать на раздражения (избирательно реагировать на возбуждения). Благодаря этому у микроагрегатов, создаваемых на основе белковых соединений, выявлялись регулятивные (вносящие порядок) возможности. Эти микроагрегаты стали способны отвечать на определенные возбуждения сформированными определенными программами действий (можно также говорить об определенных функциях микроагрегатов). Так, могли сформироваться программы: питания, движения, размножения и др. Они оказались полезными для выживания микроагрегата. Если два или более таких микроагрегатов соединялись между собой, то новый (объединенный) микроагрегат мог оказаться более жизнеспособным. Если следовать данной схеме отмечает доктор социологических наук, профессор Франчук В.И., то биологическую эволюцию можно представить как последовательную реализация 4-х этапов:

На первом этапе происходило образование множества различных видов клеток (сначала прокариот, а затем эукариот). На втором этапе в результате межклеточного взаимодействия (в колониях однотипных клеток) и их дальнейшей дифференциации происходили подбор и сборка функциональных органов и относительно самостоятельных систем жизнедеятельности (квазиорганизмов). На третьем этапе различные органы и системы жизнедеятельности «подбирались и собирались» в обоеполые организмы. И наконец, на четвертом этапе, возникли нормальные двуполые животные. Франчук В.И. приводит важные выводы. Вот некоторые из них:

  • 1. В биологии и науке о человеке пока господствует дарвинизм, являющийся выражением идеологии XIX-XX вв.
  • 2. Человек произошел не от обезьяны и даже не одного вида животных, а от многих других видов, исторически предшествующих Homo sapiens, от которого он «позаимствовал» то полезное, что способствовало его выживанию как вида.
  • 3. Эволюция живых систем является частью общепланетарного эволюционного процесса, включающего последовательно стадии атомной, химической, минералогической, биологической и социальной эволюции.
  • 4. Строительство новых видов живых организмов осуществляется путем подборки и сборки систем на базе элементов (фрагментов) организмов предшествующих видов. При этом происходит накопление «строительного материала» и рост его разнообразия, что создает возможность создания более сложных механизмов управления, а вместе с тем и более сложных и разнообразных организмов.
  • 5 Эволюционный процесс, как процесс видообразования, может развиваться достаточно быстро (подобно цепной реакции), что позволяет объяснить тот факт, что с момента возникновнения эукаротических клеток и до появления человеко-подобных существ потребовалось менее 1 миллиарда лет. Тот факт, что в настоящее время не появляется новые виды живых организмов можно объяснить наличием в атмосфере большого содержания кислорода, не позволяющего создавать новый «строительный материал».
  • 6. Из тектологического подхода следует, что живые организмы на Земле появлялись последовательно в четыре этапа (или стадии). На первом этапе в результате химической эволюции появились живые клетки (сначала прокариоты, а затем эукариоты), способные к размножению. Этот этап завершился примерно 1 млрд, лет назад, когда вокруг планеты сформировалась кислородная атмосфера. На втором этапе межклеточные коммуникации (в колониях клеток одного вида) привели (при участии соответствующих гормонов и ферментов) к образованию относительно самостоятельных функциональных органов и систем жизнедеятельности, которые могли соединяться с другими элементами и системами, образуя многоклеточные организмы. На третьем этапе появилось огромное разнообразие многоклеточных животных, «цельноприродных» существ (по Эмпедоклу), соединяющих в себе признаки обоих полов (например, гермафродитов с перекрестным оплодотворением). На четвертом этапе появились нормальные двуполые животные. При этом можно предположить, что мужчина и женщина - это два некогда самодостаточных вида животных, сформировавшихся на третьем этапе, при скрещивании (гибридизации) которых на четвертом этапе появились раздельнополые существа (мужчина и женщина).

Ученые обнаружили, что при делении клетки количество хромосом удваивается. Хромосомы расположены в ядрах клеток и сцеплены попарно, что организм наследует одинаковое число хромосом от материнского и отцовского организмов. Гены могут мутировать. Стало известно, что гены - это участки ДНК и что каждый ген формирует отдельный белок (было открыто соотношение «один ген - один белок»), а ДНК является носителем информации и отвечает за сборку белков. Таким образом, гены осуществляют сборку белков и кодируют биологические признаки организма. В последствии удалось понять структуру

ДНК. Для того, чтобы понять, как гены формируют белки пришлось исследовать молекулу РНК. Молекула РНК содержит только одну нить и у нее вместо Тимина (Т) имеется урацил (У). После сборки цепочка РНК выходит из ядра и направляется к рибосомам, в которых начинается построение белка.

Очевидно, истинная жизнь начинается с появления клетки.

В процессе эволюции обмена веществ (метаболизма) в клетке и выработки ею энергии, можно выделить 4 этапа или фазы. Первый — ферментация, побочным продуктом которой является углекислый газ. Второй этап — гексозомонофосфатный цикл, в ходе которого выделяется водород и углекислый газ и который является одним из первых примеров метаболического расщепления воды в физиологическом процессе, дающем клетке необходимую ей энергию. Третий этап — фотофосфорилирование, т. е. непосредственное использование солнечной энергии для выработки фосфатов, в том числе, таких, как аденозинтрифосфат (АТФ), обладающих высокой энергией. На этом этапе развития одноклеточные организмы научились вырабатывать пигмент — хлорофилл, с помощью которого образуется энергия света. Это привело к четвертому, самому важному и фундаментальному этапу, — этапу фотосинтеза. Клетка начала поглощать солнечный свет для синтеза глюкозы, выделяя в качестве побочного продукта молекулярный кислород. Таким образом, кислород начал попадать в атмосферу [см.Савченко В.Н., Смагин В.П. Начала современного естествознания, концепции и принципы. Издательство «Феникс», Ростов-на-Дону, 2006 г.,Раздел 9.2. Гипотезы возникновения жизни и генетического кода].

Ученые давно задумались о том какая же из химических молекул должна была лежать в основе жизни. Они установили, что все живое на Земле происходит от одного предка - небольшой популяции клеток. Традиционно считается, что все существующие формы жизни берут начало от сообщества организмов под названием LUCA (Last Univer-sal Common Ancestor) - что в переводе означает: Последний Универсальный Общий Предок (ПУОП). Это связано с тем, что у всех организмов один и тот же генетический код и другие схожие особенности, например сходство в строении рибосом. Сейчас среди ученых идут споры по поводу того, какой образ жизни вел этот первый организм? Этот LUCA дал начало двум ветвям жизни прокариотов - бактериям и археям. Анализ показал, что первыми были метаногенные археи - микроорганизмы, которые живут там, где нет кислорода, но есть молекулярный водород. Так ученые посчитали, что теоретически возможно существование организма, у которого нет белков и нет ДНК. Уже тогда было известно о существовании РНК-вирусов. Это вирусы у которых хранителем наследственной информации служит РНК. И тогда ученые предположили, что на определенном этапе жизнь состояла из РНК-организмов. Позже стали находить в клетке все новые и новые рабочие функции.

Самое первичное возникновение клетки как живой формы, произошло, потому что оно могло произойти в определенных, хотя и очень маловероятных, ситуациях взаимодействия вируса со средой. Первые морфологические единицы, которые еще нельзя назвать клетками - это были просто микросферы.

В какой-то момент функционирование некоего вируса привело к тому, что в одной оболочке оказалась молекула его ДНК и те объекты, с которыми он вступал в информационные взаимодействия, причём каждый из них мог возникнуть как реализация информационного взаимодействия вируса с другими объектами. Стечение всех этих обстоятельств случается настолько редко, что за всю историю развития жизни на нашей планете произошло, видимо всего несколько таких случаев образования клеток, которые обладали бы достаточной устойчивостью существования и воспроизведения себя как вида.

При этом устойчивость не оказалась настолько полной, чтобы воспроизведение клеток вело бы в каждом случае к появлению полной копии родительской клетки. Отсюда стали появляться новые клетки, наиболее устойчивые из которых сохранились как виды. Это и послужило основой возникновения того многообразия форм жизни, которое сейчас существует.

Живая клетка интересна тем, что является почти замкнутой средой с точки зрения происходящих в ней внутренних информационных взаимодействий. Число их достаточно ограничено, что даёт возможность изучать каждое из них отдельно и всю взаимосвязанную их структуру в целом.

Со временем стало известно, что все современные живые существа построены из трёх главных типов крупных молекул - это ДНК, белки и РНК. Но оказалось, что в ДНК и РНК содержится много фосфора, в то время как в белках его нет (его не содержат аминокислоты). Но зато в белках есть сера, которой нет в ДНК и РНК. Следовательно, можно было предполагать, что эти два типа органических молекул зарождались в разных условиях.

По мере развития науки были отмечены этапы, которые прошла жизнь от неорганических молекул к первой живой клетке.

Сначала синтезировали мочевину (1828), потом липиды, потом русский химик-органик А.М. Бутлеров (1828-1886) открыл реакцию синтеза сахаров из неорганических соединений.

Первые клетки были прообразом всех живых организмов: растений, животных, бактерий. Позже, в процессе эволюции, под воздействием дарвиновских законов естественного отбора клетки совершенствуются, вслед за прокариотами и эукариотами отделяется третья категория - специализированные клетки высших многоклеточных, растеий и животных. Сложные процессы химической эволюции, которая переходит в биохимическую и биологическую эволюцию, могут быть выражены в виде простой схемы: атомы, простые молекулы, сложные

макромолекулы, одноклеточные организмы. Эти системы приобрели способность совершенствовать свою организацию путем предбиологического отбора самих систем, а не только отдельных молекул. Вероятно, тогда же боло положено начало специализации двух видов нуклеиновых кислот - ДНК и РНК. ДНК обозначилось как главный «прграммист и инспектор» молекулярного самовоспроизведения. РНК приняла на себя роль «информатора и переносчика генетической программы». Информация закодированная в ДНК- это программа сборки.

Анализ множества гипотез происхождения клеток показывает, что среди них наиболее признанной гипотезой происхождения эукариотических (ядерных) клеток является теория клеточного симбиоза, предложенная американским биологом, профессором Массачусетского университета Линн Маргулис. Она утверждала, что формирование таких клеток явилось результатом симбиоза нескольких, первоначально свободноживущих организмов (предков митохондрий, хлоропластов и других органелл). Затем происходило разделение функций клеток.

Совершенствование взаимодействия между клетками - сначала контактного, а затем опосредованного с помощью нервной и эндокринной систем обеспечило существование многоклеточного организма как единого целого.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >