Жизнь до человека - Питер Вуд

Затем произошло нечто невероятное. Согласно симбиотической теории эволюции клеток, в тело большой бактерии, старомодно обходившейся без кислорода, проник новый использующий кислород организм - и, возможно, не один. Но никакого вреда бактерии - хозяину эти организмы не причинили, а она не переварила и не усвоила пришельцев как пищу.

Наоборот, они стали жить все вместе в равноправном союзе - симбиозе. Большая клетка поглощала или всасывала углеродную пищу, как и прежде используя ее лишь частично, а более мелкие клетки-гости соединяли полуразложенную пищу своего хозяина с кислородом, производя дополнительную энергию и для себя, и для большой клетки.

Богатый источник энергии, которым оказался свободный кислород, обеспечил первому симбиотическому союзу много выгод по сравнению с отдельно живущими клетками, однако способность новой формы к передвижению была ограничена (возможно, она лишь пассивно висела в воде). Не исключено, что затем такие составные клетки получили возможность передвигаться, потому что к их оболочке прикрепились нитеобразные бактерии, похожие на современные спирохеты. От своего хозяина они получали энергию и питательные вещества, а быстрые движения их тел помогали большой клетке, составлявшей уже тройственный союз, быстро плавать в поисках пищи. Новообретенная подвижность, опиравшаяся на большие запасы энергии, сделала такие составные клетки грозой одноклеточного мира.

В строении этого одноклеточного микроорганизма - современной инфузории-туфельки, которую считают сходной с древними формами, - проявляются черты специализации, как и у клеток сложного человеческого тела. У инфузории имеются два ядра, обеспечивающие размножение (большое - правее центра и малое - позади него, здесь невидимое), и бесчисленные реснички, точно тонкие волоски: одни служат для передвижения, другие загоняют внутрь тела воду вместе с частицами пищи

Извивающиеся хвосты, так называемые жгутики, которые и по сей день многим одноклеточным служат своего рода подвесным мотором, возможно, были не единственной лептой нитеобразных бактерий. Хотя жгутик оставался на периферии большой клетки, часть его, быть может, проникла в самую ее глубину, способствуя развитию ядра, которое в дальнейшем стало контролировать процесс размножения клетки.

Гипотезы эти все еще служат предметом горячих споров. Большинство ученых считают, что такое объяснение эволюции клетки пока не подкреплено достаточным количеством данных. Но как бы ни развилось ядро, его роль настолько важна, что биологи различают прокариотические (доядерные) бактериеподобные клетки, которые размножились за те долгие миллиарды лет, пока земная атмосфера медленно обогащалась свободным кислородом, и эукариотические (ядерные) клетки, которые, если симбиотическая теория верна, возникли в результате объединения трех типов прокариотических клеток. Во всяком случае, ядерные, эукариотические, клетки заняли господствующее положение, и человек, как и все современные животные, произошел от них.

Хотя этот эукариотический эксперимент групповой жизни на первых порах привел к возникновению всего лишь одноклеточных организмов, он оказался чрезвычайно успешным. Эукариотические клетки начали быстро специализироваться и развиваться в неисчислимые формы, чтобы использовать все возможные способы поддержания жизни. Одни плавали быстро, другие - медленно, третьи ползали по твердым поверхностям, четвертые неподвижно ждали, чтобы пища приблизилась к ним сама. В большинстве они оставались микроскопическими, однако некоторые достигали такой величины, что человек мог бы различить их невооруженным глазом - если бы тогда существовал человек. Кое-какие из этих ядерных одноклеточных организмов стали поразительно сложными. Современные их потомки обладают вкусом, осязанием и зрением (во всяком случае, чувствительностью к свету). У таких, как инфузории-туфельки, есть четко выраженное ротовое отверстие, пищеварительная система и выделительная система. Они плавают с помощью множества ресничек (маленьких жгутиков), которые все движутся согласованно. При приближении к препятствию реснички начинают грести в обратном направлении, и инфузория как бы пятится. Такое синхронное движение ресничек, несомненно, требует какого-то подобия нервной системы.

Единственным недостатком, который этим свирепым хищникам преодолеть не удалось, была их крошечная величина, неизбежная для одноклеточных организмов. Они получают необходимый кислород из воды путем простой диффузии через оболочку. Чем больше становится клетка, тем больше ей требуется кислорода, а доступ его к ее внутренним частям соответственно затрудняется.

Теоретически говоря, в клетке могла бы развиться какая-то система, которая снабжала бы ее кислородом настолько обильно, что она могла бы заметно увеличить свои размеры, но, насколько известно, такая система не возникла. Вместо этого для получения преимуществ, сопряженных с увеличением размеров, некоторые одноклеточные организмы использовали еще одну форму союза. На этот раз объединились клетки одного вида, - они стали взаимосвязанными и образовали организм, сложенный из многих клеток. Возникшие таким образом сверхорганизмы получили название Metazoa - многоклеточные. Муравьи, слоны, мыши и люди - все они многоклеточные, все они сверхорганизмы, состоящие из объединившихся клеток.

О происхождении многоклеточных организмов сказать почти нечего. Биологи не знают точно, как они возникли, и дальше более или менее убедительных гипотез дело вряд ли когда-нибудь продвинется. Это великое событие произошло где-то в глубинах докембрия, который завершился около 600 млн. лет назад, и участвовавшие в нем организмы все были микроскопически малыми и мягкими, так что от них навряд ли могли остаться окаменелости. Во всяком случае, никаких относящихся к ним окаменелостей до сих пор не найдено. И биологам остается только изучать наиболее примитивные современные многоклеточные организмы в надежде установить, каким образом первые из них произошли от одноклеточных животных.

Диаграмма

Согласно одной из гипотез, первые многоклеточные организмы развились из больших одноклеточных форм, которые были покрыты колеблющимися ресничками и имели несколько, а то и много ядер. Поскольку одной клетки достаточно одного ядра, не исключено, что у таких клеток появились перегородки, разделяющие ядра. А клетка, разделенная перегородками на секции, имеющие собственные ядра, уже по сути многоклеточный организм.

Согласно другой, более распространенной гипотезе, многоклеточные организмы возникли не из одной клетки, разделившейся на несколько, а из одноклеточных жгутиковых организмов, объединившихся в колонии. В наши дни существуют подобные колонии одноклеточных организмов. В некоторых случаях клетки практически не изменяются, и, если их разъединить, они начинают жить самостоятельно, нормально делятся и образуют новые колонии. Но в других случаях клетки утрачивают независимость, приобретают специальные функции и уже не могут нормально существовать вне многоклеточного организма.

Наиболее известная колониальная форма с определенной специализацией клеток это вольвокс- изящный чуть вытянутый и полый внутри зеленый шар диаметром меньше 1 мм, который плавает в воде, вращаясь вокруг своей оси. Вольвокс содержит хлорофилл, а потому его можно рассматривать как растение, но на таком уровне еще не существует четкого разделения на растения и животных. Многим низшим организмам, так же как и растениям, присущ фотосинтез, но при этом они двигаются и питаются, как животные, а потому, рассматривая вольвокс, можно на некоторое время забыть о тех его чертах, которые роднят его с растением.

Вольвокс состоит из одного слоя клеток, которые почти совершенно подобны свободноживущим жгутиковым - одноклеточным организмам, плавающим с помощью жгутиков. Клетки эти плотно закреплены в шаре вольвокса жгутиками наружу, но, если одну из них отделить от шара, она будет плавать самостоятельно как ни в чем не бывало. Однако размножаться она не способна и через некоторое время погибает. Совершенно очевидно, что, став клеткой вольвокса, она лишилась полной независимости одноклеточного организма.

И действительно, вольвокс несколькими способами контролирует образующие его клетки. Благодаря ему их жгутики движутся ритмично, увлекая шар вперед и время от времени меняя направление его вращения. Участие в размножении принимают лишь некоторые клетки. Вольвокс в известной степени демонстрирует две черты, характерные для всех многоклеточных организмов: его клетки специализированы, хотя и в малой степени, и все они содействуют нормальному функционированию организма в целом, точно так же как клетки человеческого тела.

Но не надо думать, что все многоклеточные организмы произошли именно от древних подобий вольвокса. Колонии образуют многие одноклеточные организмы, и некоторые ученые считают, что рубеж между независимыми одноклеточными формами и организованными группами клеток преодолевался неоднократно, а потому различные многоклеточные животные, возможно, происходили от разных колониеобразующих клеток. Более того, кое-какие современные скромные формы до сих пор еще не решили, по какую сторону этого рубежа они, собственно, находятся. К ним, в частности, относятся слизевики, которые часть своей активной жизни существуют в форме независимых, похожих на амебы клеток. Они обитают в почве, по которой медленно продвигаются, обволакивая бактерии и размножаясь простым делением. Когда все бактерии в радиусе их достижения оказываются съеденными, амебообразные клетки прекращают независимую индивидуальную жизнь и действуют совместно, точно клетки многоклеточного организма.