hippy_end (hippy_end) wrote,
hippy_end
hippy_end

Category:

Функциональная гипотеза появления на Земле человека – (1)

Давно хотел ознакомить всех новых читателей журнала с этими двумя постами. Ну, а сейчас, вроде, затишье

В общем, не удивляйтесь, что оригинал взят у меня же

Оригинал взят у hippy_end в Функциональная гипотеза появления на Земле человека – 1

Наконец-то, благодаря magpie73, впервые встретил в Интернете функциональную гипотезу появления на Земле нашего вида – Homo sapiens sapiens.

Автор – Владимир Васильевич Малахов – член-корреспондент РАН, профессор ф-та биологии МГУ. Думаю, этого достаточно, чтобы засвидетельствовать достаточный уровень его научной квалификации.



Владимир Малахов

Источник фотографии: http://saransk.bezformata.ru/listnews/chelovechestvo-ischeznet-s-litca-zemli/36639469/

Ниже я приведу текст беседы Александра Гордона с Владимиром Малаховым, в которой профессор Малахов излагает свою точку зрения на функцию человека в биосфере планеты, снабдив ее найденными мной иллюстрациями.

Искренне рекомендую всем Френдам эту очень интересную информацию )

Итак, из источника: http://waplib.org/Russkoe/G/Gordon_Aleksandr/Dialogi_11/p39-s5000.html

«Александр Гордон:  Сегодня нам предстоит услышать несколько необычное утверждение о том, что человек как биологический вид сыграл свою роль в эволюции биосферы и вот-вот должен уступить место другим видам, которые будут продолжать эстафету жизни на земле. Так вот, у вас есть почти 40 минут для того, чтобы объяснить, почему вы так думаете.

Владимир Малахов:  Вообще-то, я бы не сказал, что Гомо сапиенс уже сейчас сыграл свою роль, выполнил ее полностью. Но я действительно хочу в этом рассказе как-то подвести слушателя к тому, что человеческую цивилизацию обязательно ожидает естественная гибель, естественное исчезновение. И что этот процесс – умирание цивилизации, однако, не означает, что жизнь на Земле закончится. Жизнь на Земле не закончится, она будет продолжаться и достигнет новых высот, но уже без человека.

Человеческая цивилизация появилась на земле в связи с тем, что в этом была определенная необходимость с точки зрения развития биосферы. И выполнив свою функцию, она естественным образом исчезнет.

Правда, для того чтобы подвести к этой мысли, я все-таки вернусь далеко назад – к периоду появления жизни, к периоду появления биосферы.

Все методы, которыми располагает наука, показывают, что Земля, как и все остальные небесные тела Солнечной системы, сформировалась около четырех с половиной миллиардов лет назад. Первичная Земля сильно отличалась от современной, в частности, тем, что в течение первых 500 миллионов лет она была практически сухая, то есть на ней не было ни океанов, ни морей.

Вода, более или менее обширные водоемы появились примерно четыре миллиарда лет назад, за счет постепенной дегазации недр планеты. Водяной пар, выходивший из недр планеты вместе с другими газами, конденсировался, и в результате этого на Земле появились водоемы. <…>

Как только появились более или менее обширные водоемы, так появились и первые осадочные породы, возраст которых датируются примерно 4 млрд. лет. И уже в этих первых осадочных породах мы находим несомненные признаки живых организмов.

Самые древние осадочные породы – это формации Исуа, и в этой формации уже обнаружены такие следы существования примитивных бактериальных организмов, близких к современным синезеленым водорослям, к цианобактериям. Бактерии и синезеленые водоросли – это так называемые прокариотные организмы – организмы без клеточного ядра».
<…>
древнейш бактер

Остатки древнейших бактерий (Архей, 3.5 млрд. лет назад, Австралия). На сегодняшний день это одно из древнейших ископаемых».

Источник фотографий: http://evolbiol.ru/_pbact.htm

«Интересно, что не так давно – всего несколько десятилетий назад <…> постройки, похожие на древние строматолиты, были обнаружены и в современной биосфере».

/Строматолиты – это породы, которые образовывались в результате деятельности древних цианобактерий/ <…>

В современной биосфере это – довольно редкие образования в очень специфических условиях <…> высоких температур, относительно низкого содержания кислорода и большой солености <…>.

строматолиты ископаем ЮАР

Ископаемые строматолиты, Южная Африка.

строматолиты совр, Австралия

Современные строматолиты, Австралия.

строматолит в разрезе

Строматолит в разрезе.

Источник фотографий: http://evolbiol.ru/_pbact.htm

«Вот, начиная с периода, отдаленного от нас на 4 млрд. лет (это время появления жизни и биосферы), в течение последующих 2-х млрд. лет биосфера была прокариотной. И на протяжении двух миллиардов лет бактерии, то есть прокариотные организмы, осуществляли весь существовавший тогда биотический круговорот.

Так называемые автотрофные бактерии создавали органическое вещество из воды и углекислого газа, используя энергию солнечного света (то есть, за счет процесса фотосинтеза) или энергию химических реакций (этот процесс называется хемосинтезом).

Но ведь понятие круговорота подразумевает, что созданное органическое вещество затем разлагается снова до углекислого газа и воды, и организмы могут снова использовать их для нового цикла круговорота.

В древней биосфере этот круговорот функционировал очень неэффективно. Органическое вещество разлагалось под действием физических и химических факторов, то есть очень медленно.

Отчасти органическое вещество разлагалось и под действием тех ферментов, которые выделяли наружу гетеротрофные бактерии – то есть бактерии, которые используют готовое органическое вещество. Это тоже медленный процесс.

Поэтому огромные массы созданного автотрофными бактериями органического вещества просто захоранивались, становились недоступными для других организмов, выходили из круговорота. Вот что означает, что биотический круговорот в биосфере, состоящей из одних бактерий, был несовершенным.

Дело в том, что прокориотные организмы – бактерии, не умеют никого заглатывать. У бактерий ведь практически не бывает хищничества. Даже если (очень редко) у бактерий есть какие-то формы, которые называют хищниками, то приходится признать, что хищничество это – очень своеобразно. Хищник оказывается значительно меньшим по размерам, чем жертва, и разрушает жертву изнутри». <…>

бделловибрион

бделловибрион 2

Бделловибрион атакует клетку

Источник фотографии: http://enc-dic.com/enc_biology/Rod-bdellovibrio-vdellovibrio-1167/

«Совсем иначе поступают так называемые эукариотные организмы – организмы с клеточным ядром. Они могут заглатывать свою добычу, а затем переваривать ее либо в пищеварительных вакуолях внутри клетки, либо в кишечнике.

Дело в том, что они обладают двумя клеточными белками – актином и миозином. Они есть у всех эукариотных организмов, то есть у всех организмов с клеточным ядром – у животных, у растений, у грибов. Это те белки, которые обеспечивают всякую подвижность – амебоидное движение, формирование пищеварительных вакуолей, сокращения клеток, в том числе и мышечные сокращения. Это – универсальные белки клеточной подвижности. И когда они появились, организмы научились друг друга заглатывать.

До появления актина и миозина, до появления эукариотных организмов органическое вещество, которое создавалось бактериями, некому было съедать. Это вещество очень медленно разлагалось под действием физических и химических факторов и захоранивалось.

В первые два миллиарда лет существования биосферы накопились громадные запасы сланцев, нефти, газа, а ведь это все – углерод. Когда-то он был в телах живых организмов, а потом из-за несовершенства биотического круговорота этот углерод не смог вернуться снова в этот круговорот.

Здесь нужно еще раз подчеркнуть, что в этот ранний период существования биосферы много бактерий занималось не только фотосинтезом, а хемосинтезом. То есть они занимались окислением разных субстратов, осуществляли другие химические реакции, в результате которых осаждались окислы и другие соединения металлов, то есть формировались руды.

Таким образом, многие руды металлов, которыми мы до сих пор пользуемся (железа, марганца, урана, по некоторым представлениям, даже золота), – это тоже результат несовершенства биологического круговорота – их создали древние бактерии. Иногда это громадные залежи, которыми человечество пользуется до сих пор. Иногда, это громадные залежи, такие как, скажем, Курская магнитная аномалия.

А.Г.: А она органического происхождения?

В.М.:Да, она органического происхождения. Это громадные залежи, ведь это месторождение потому и называются аномалией, что даже стрелка компаса там неправильно показывает. И это громадное количество железа отложено в результате деятельности железобактерий около двух миллиардов лет назад – это время образования многих руд, которыми человечество пользуется в наше время.

Появление актиново-миозинового комплекса позволило организмам осуществлять разные формы клеточной подвижности, например, образовывать псевдоподию. А с помощью этих псевдоподий можно двигаться, а можно еще и заглатывать другие клетки. Первые эукариотные формы – это как раз и были существа, которые приобрели актин и миозин и смогли заглатывать других организмы.

Появление клеточного ядра было связано с появлением актина и миозина и переходом к хищному способу питания. Способ питания эукариот путем захвата пищевых частиц означал, что хищник был крупнее жертвы.

Действительно, линейные размеры мелких почвенных амеб или жгутиконосцов, питающихся бактериями, приблизительно в 10 раз больше размеров бактерий. Таким образом, объем цитоплазмы эукариот приблизительно в 1000 раз больше, чем у прокариот.

Такой большой объем цитоплазмы требовал и большого числа копий генов, чтобы снабжать увеличенную цитоплазму продуктами транскрипции. Один из способов решения этой задачи – умножение числа генофоров. То, что биологи называют полиплоидией.

Действительно, есть крупные бактерии, и это – так называемые «полиплоидные бактерии» с большим числом кольцевых молекул ДНК. Вероятно, и предки эукариот с большим объемом цитоплазмы пошли по пути мультипликации генофора. Множественные генофоры и стали зачатками хромосом.

Сильная подвижность цитоплазмы, которая возникает при амебоидном движении и формировании пищеварительных вакуолей, требовала некоторой сегрегации компонентов внутри клетки. Иначе наследственные молекулы – генофоры, то есть кольцевые молекулы ДНК, на которых записана генетическая информация, оказывались бы поврежденными и разбросанными по всей клетке.

Можно предполагать, что для защиты наследственных молекул – молекул ДНК – возникла некоторая центральная защищенная область цитоплазмы, произошел процесс компартментализации цитоплазмы. Вот эта центральная защищенная область цитоплазмы – и есть клеточное ядро. На рисунке показано, как формируется эта центральная область – за счет глубоких впячиваний поверхностной цитоплазматической мембраны. При этом ядерная оболочка оказывается двойной – что и наблюдается на самом деле.

Эта схема выглядит умозрительной, но, как это не удивительно, в современной биосфере есть организмы с таким строением ядра – с двойной ядерной оболочкой, но с хромосомами в виде кольцевых молекул ДНК (как у бактерий) и без типичных ядерных белков – гистонов. Я имею в виду динофлагеллят, одноклеточных жгутиконосцев, которых ботаники обычно называют перидиниевыми водорослями.

И это важнейшее событие – появление эукариотных организмов, которые могли, используя актиново-миозиновую систему, заглатывать бактерии – необычайно ускорило биотический круговорот. Эукариотные хищники заглатывали и переваривали бактерий, возвращали в биотический круговорот углерод и другие биогенные элементы.

Биотический круговорот стал работать с несравненно большим КПД, выход вещества из круговорота резко уменьшился. Правда, то, что было захоронено в предыдущие два миллиарда лет, живые организмы достать уже не могли. Это так и лежало в этих захороненных пластах.

И вторая важнейшая вещь, связанная с деятельностью первичных организмов – прокариот – это появление в атмосфере кислорода.

По современным представлениям первичные организмы, населявшие землю, были в основном автотрофными организмами. В частности, это были фотосинтезирующие бактерии (более или менее похожие на современные цианобактерии). А ведь в результате фотосинтеза выделяется кислород.

Первичная атмосфера была бескислородная, мы хорошо это знаем, потому что в это время образовывались неокисленные руды, например, пириты, которые в кислородных условиях не образуются. Первые два – два с половиной миллиарда существования биосферы – это был бескислородный мир.

На самом деле, в этом бескислородном мире были «кислородные карманы» (по выражению академика Г.А. Заварзина), например, в толще строматолитов. Но вся остальная биосфера была бескислородная. Тот кислород, который выделялся в процессе фотосинтеза, тут же связывался химическими веществами, и прежде всего – железом.

В первые два – два с половиной миллиарда лет железа было относительно много в поверхностных слоях Земли. Но железо, как тяжелый элемент, постепенно уходило в глубь планеты в результате гравитационной дифференцировки. Это тот процесс, благодаря которому постепенно появилось тяжелое железное ядро и относительно легкая силикатная мантия.

А до этого все это железо в поверхностных слоях поглощало выделяемый в процессе фотосинтеза кислород. И как раз приблизительно два – два с половиной миллиарда лет назад произошло очень важное событие – атмосфера стала кислородной. Концентрация кислорода стала приближаться примерно к одному проценту. И это была настоящая катастрофа, глобальный биосферный кризис.

Дело в том, что кислород – очень активный элемент. Он окисляет и тем самым разрушает очень многие органические соединения. На самом деле, это остается проблемой для живых организмов до сих пор. Вы ведь знаете, что очень многие лекарства называются антиоксиданты. Это вещества, препятствующие окисляющей деятельности кислорода. Благодаря деятельности кислорода в клетках образуются недоокисленные соединения, радикалы, которые разрушают клеточные мембраны, повреждают генетический материал и т.п. Кислород очень активный элемент, и справляться с ним нелегко.

Сейчас эукариотные организмы с кислородом справляются, потому что у них есть особые органеллы в клетках – митохондрии. Митохондрии окружены двумя цитоплазматическими мембранами. Одна из них внутренняя – это мембрана самой митохондрии, а наружная – это мембрана той вакуоли, в которой митохондрия находится».

митохондрии

Митохондрии.

Источник фотографии: http://wsyachina.narod.ru/biology/eukariot_cell_genesis.html

«Митохондрии осуществляют процесс окислительного фосфорилирования. Они не только поглощают и использует тот кислород, который находится вокруг нас, но за счет окисления ненужных клетке продуктов обмена производят огромное количество энергоемкого соединения – АТФ, которое используется на все метаболические нужды клетки: на движение, на сокращение и на различные биосинтетические процессы (включая синтез белка).

Важно подчеркнуть, что митохондрии – автономны. Что значит автономны? На самом деле, у них есть собственный наследственный материал. У них есть собственная ДНК, и эта ДНК хоть и небольшая, но устроена так же, как ДНК бактерии. Это – кольцевая ДНК, такая же, как у бактерий, и в ней записаны собственные митохондриальные гены. У митохондрий есть и автономный аппарат для биосинтеза белка – собственные рибосомы, причем, это рибосомы бактериального типа. И размножаются митохондрии путем деления, они не возникают в клетке заново.

Митохондрии – это как бы оксифильные (то есть любящие кислород) бактерии, поселившиеся внутри клетки, вся остальная цитоплазма которой боится и не любит кислорода.

происх митохондр

Схема происхождения эукариотной клетки.
Слева — гипотетический прокариотный организм, обладающий актиново-миозиновой системой. В середине — крупный хищный прокариот с множественными генофорами, который питается заглатывая бактерий.
Справа — первичный эукариот, у которого за счёт глубоких впячиваний поверхностной цитоплазматической мембраны сформировалась ядерная оболочка».

Источник фотографий: http://rnd.cnews.ru/news/top/index_science.shtml?2010/11/02/414633

«Вот почему и возникла идея о том, что митохондрии – это симбионты. Когда-то давно древний эукариот питался какими-то оксифильными бактериями, а потом вступил с ними в симбиоз. Он стал их не переваривать, а наоборот, культивировать внутри цитоплазмы. И это дало возможность эукариотным организмам выйти за пределы этих крошечных аэробных карманов, когда вся биосфера стала кислородной.

Установления этого симбиоза с митохондриями позволило эукариотным организмам жить в атмосфере, наполненной этим ужасно агрессивным веществом – кислородом.

А.Г. Модульная сборка получилась.

В.М. Да, получился такой удивительный и очень важный симбиоз. И на этом, конечно, симбиоз не закончился. Симбиотическое происхождение предполагается для многих других органелл эукариотной клетки, например, для жгутика». <…>

«Удивительно, но ведь жгутики и реснички всех эукариотных организмов совершенно одинаковы. Если вы возьмете инфузорию туфельку, какую-нибудь трихомонаду, ресничного червя, сперматозоид папоротников (у папоротников есть сперматозоиды!) и эпителий трахеи человека, то обнаружите совершенно идентичное строение. И, возможно, это строение унаследовано тоже от какого-то симбионта – древней подвижной спирохетоподобной бактерии».

жгутикоподобные

Жгутикоподобные образования (6–8) у клеток клубеньковых бактерий

Источник фотографии: http://plant.geoman.ru/books/item/f00/s00/z0000000/st010.shtml

жгутиконосцы триас

А это - уже будущее, кокколитофориды – планктонные жгутиконосцы. Триас. Из их скелетиков сделан писчий мел. В современном планктоне их очень много

Источник фотографии: http://macroevolution.narod.ru/_peukar.htm

«Происхождение эукариотной клетки – событие, произошедшее около 2 млрд. лет назад. Именно в породах этого времени мы находим остатки крупных сферических клеток 5060 микрон в диаметре – так называемые акритархи».

акритархи

Акритархи – возможно, цисты жгутиконосцев – динофлагеллят. Встречаются с Протерозоя по Плейстоцен.

Источник фотографии: http://macroevolution.narod.ru/_peukar.htm

«Таких больших по объему клеток среди прокариот не бывает. Вот почему, скорее всего, рубеж кислородной революции – 2 млрд. лет назад – это одновременно и время появления эукариот. Кроме того, в породах того времени обнаружены остатки особых химических веществ – стеролов, которые образуются только в ядрах эукариотных организмов.

Но и на этом симбиоз не закончился. За счет симбиоза возникли различные группы эукариотных растений. Так, красные водоросли возникли за счет симбиоза каких-то хищных гетеротрофных организмов с цианобактериями.

Это следует из того, что пигменты хлоропластов (так называют органеллы, занимающиеся фотосинтезом) красных водорослей совершенно такие же, как пигменты цианобактерий. В хлоропластах есть собственная кольцевая ДНК (как у бактерий), собственные рибосомы, они автономны и размножаются путем деления. Иначе говоря, цианобактерии вступили в симбиоз с хищным простейшим и стали его хлоропластами.

А вот зеленые водоросли возникли за счет другого симбиоза. Хлоропласты зеленых водорослей – совсем другие. Они содержат совершенно разные пигменты. У зеленых водорослей – это хлорофиллы А и Б ( а у красных – это хлорофилл А и особые пигменты – фикобилины). Это означает, что какая-то другая, не сине-зеленая, а зеленая бактерия вступила в симбиоз с хищным эукариотным простейшим.

Кстати, бактерии с хлорофиллами А и Б относительно недавно были найдены. Это знаменитый прохлорон и прохлоротрикс и еще несколько не часто встречающихся зеленых фотосинтезирующих бактерий».

прохлорон

Прохлорон – крупная шарообразная бактерия.

Источник фотографии: http://referat.ru/referats/view/25520

«Кстати, тот же набор пигментов у высших зеленых растений – папоротников, хвойных, цветковых. Они все связаны родственными связями с зелеными водорослями.

Еще более интересную картину многоярусного симбиоза демонстрируют бурые водоросли, криптомонады, диатомовые и другие формы с золотистыми хлоропластами. У них хлоропласты выглядят не как бактерии, а как эукариотные организмы. В их хлоропластах есть особая органелла – нуклеоморф. Она похожа на маленькое эукариотное ядро.

Это означает, что здесь произошел двукратный симбиоз: сначала какой-то хищный эукариот съел фотосинтезирующую бактерию (правда, с хлорофиллами А и С, потому что это хлоропласты золотистого цвета), а потом его самого съели.

Сначала хищный эукариот вступил в симбиоз с какой-то фотосинтезирующей бактерией, а потом его приобрело в качестве симбионта другое какое-то простейшее. Так что хлоропласты криптомонад, бурых и диатомовых водорослей представляют собой потомки не бактерий, а каких-то уже эукариотных организмов.

Идея симбиотического происхождения основных компонентов эукариотных клеток стала сейчас парадигмой современной биологии. Эту идею часто связывают с именем американской исследовательницы Лины Маргулис. Но на самом деле эта идея была предложена двумя российскими ботаниками примерно сто лет назад – А.С. Фаминицыным и К.С. Мережковским.

Эта идея тогда не была воспринята научным сообществом не потому, что (как это нередко бывает с идеями российских ученых) была опубликована по-русски, и весь ученый мир ее не прочитал, потому что русского языка не знает. Нет, она была опубликована на немецком языке – тогда это был язык науки – эта идея очень сильно обогнала свое время и потому не была воспринята современниками.

К сожалению, нередко бывает, что американцы ни на каких других языках, кроме английского, литературу не читают. Может быть, к Маргулис это не относится, но в любом случае она была очень удивлена, когда неожиданно узнала, что все то, что она так ревностно отстаивала, было уже опубликовано много десятилетий назад двумя русскими ботаниками. Она приезжала в Россию, и, насколько я знаю, снова собирается приехать, потому что в Петербурге в следующем году планируется провести международную конференцию, посвященную 100-летию идеи симбиотического происхождения эукариотной клетки.

А.Г.: А кто ей указал на это упущение?

В.М.: Я не знаю, кто ей указал на это. Но я знаю, что она сначала опубликовала не только несколько статей, у нее вышло несколько книг, и только потом вдруг кто-то указал ей на наличие аналогичных работ К.С. Мережковского на немецком языке.

Поразительно то, что К.С.Мережковский (это, кстати, родной брат знаменитого писателя Д.С. Мережковского) и его филогенетические схемы были идентичны тем, которые предлагала Лина Маргулис. Хотя К.С.Мережковский работал за 70 лет до появления электронного микроскопа, и многих таких деталей, которые мы сейчас знаем, он и знать не мог. Бывает такое в науке, К.С. Мережковский очень сильно обогнал свое время. А вот сейчас – это общепринятая парадигма в биологии».

Продолжение в:
http://hippy-end.livejournal.com/815029.html




Tags: Психологическая готовность
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 7 comments