|
|
 |
Курсовая: Происхождение эукариотических клеток
Курсовая: Происхождение эукариотических клеток
КУРСОВАЯ РАБОТА
по биологии
тема:
“Происхождение эукариотических
клеток”
Выполнила: Сурова Вера
10-В класс,школа N55
Проверила: Струкова Н.А.
г.Рязань 1999 год
ПЛАН
1 . Симбиотическая теория :
1.1 Фундаментальное разграничение между прокариотами и
эукариотами ;
Прокариотические организмы ;
Эукариотические клетки ;
Митохондрии и пластиды ;
Способность эукариот к фотосинтезу ;
2. Предшественники жизни ;
3. Ферментирующие организмы :
Источники энергии ранних клеток ;
Метаногенез как источник энергии ;
Цианобактерии и хлорооксибактерии ;
Фотосинтез и воздух ;
Ассоциации и эукариоты :
Теории последовательных симбиозов ;
Симбиотическое приобретение подвижности ;
Эукариоты – фотосинтетики ;
Взгляд на эволюцию клетки :
6.1 Гипотеза прямой филиации ;
Гипотеза : от цианобактерий к водорослям ;
Совместимость 2 –х гипотез : прямой филиации и
эндосимбиоза ;
Выводы ;
Литература .
ТЕОРИЯ ЭНДОСИМБИОЗА
Все живые организмы на Земле обычно делят на
прокари-от и эукариот . Главной особенностью прокариот в отличие
от эукариот является отсутствие у них полноценного клеточного
ядра , покрытого мембраной . Клетки прокариот имеют очень
не-большие размеры порядка 1 мкм . Объем эукариотических клеток,
содержащих полноценное ядро, в 800 – 1000 раз больше объема
клеток прокариот . В связи с этим клеткам – эукариотам необходим
для выполнения жизненных функций гораздо больший мембранный
аппарат . Действительно , в эукариотической клетке выявлены
субклеточные структуры , окруженные незави-симыми от плазмалеммы и
друг от друга мембранами . Эти структуры называются органеллами .
Каждой органелле : митохондрии , хлоропласту , ядру , лизосомам ,
аппарату Гольджи и т. д . присущи свои специфические функции в
жизни клетки .
С помощью молекулярно – биологических подходов получены
убедительные доказательства того ,что все живые существа должны
быть разделены на 3 надцарства : бактерии , археи и эукариоты .
Бактерии и археи возникли на Земле от общего предка - так
называемого прогенота - около 4 млрд лет назад , а эукариоты по
данным палеонтологов появились на Земле через 500 млн лет после
прокариот . Наиболее популярной и достаточно обоснованной идеей
происхождения эукариотических клеток , в настоящее время являктся
идея многократного эндосимбиоза различных прокариот . По
представлениям известных микробиологов А. Клюйвера и К. Ван Ниля ,
именно у древних прокариот произошел отбор клеток с наиболее
экономичными и зачастую полифункциональными биохи-мическими
реакциями , ставшими основой важнейших путей метаболизма .
Симбиотическая теория происхождения и эволюции клеток основана
на двух концепциях , новых для биологии .Согласно первой из
этих концепций, самое фундаментальное разграни-чение в живой
природе - это разграничение между прокариотами и эукариотами ,т.е.
между бактериями и организмами, состоящими из клеток с истинными
ядрами - протистами , животными , грибами и растениями . Вторая
концепция состоит в том , что источником некоторых частей
эукариотических клеток была эволюция симбиозов , т.е. формирование
постоянных ассоциаций между организмами разных видов .
Предполагается , что три класса органелл - митохондрии , реснички и
фотосинтезирующие пластиды – произошли от свободно живущих
бактерий , которые в результате симбиоза были в определенной
последовательности включены в состав клеток прокариот - хозяев .
Эта теория в большой мере опирается на неодарвинистские
представления , развитые генетиками, экологами , цитологами и
другими учеными , которые связали Менделевскую генетику с
дар-виновской идеей естественного отбора .Она опирается также на
совершенно новые или недавно возрожденные научные направ-ления :
на молекулярную биологию ,особенно на данные о структуре белков
и последовательности аминокислот , на микро палеонтологию ,
изучающую наиболее ранние следы жизни на Земле , и даже на
физику и химию атмосферы , поскольку эти науки имеют отношение
к газам биологического происхсждения . Все организмы, состоящие
из клеток, могут быть сгруппиро-ваны в пять царств : царство
прокариот (Monera, куда относятся бактерии ) и четыре царства
эукариот (Protoctista, Animalia, Fungi , Plantae). Протоктисты-
это эукариотические организмы, не относящиеся к животным, грибам
или растениям. В царство протоктистов входят водоросли ,
протозои, слизевики и другие эукариотические организмы неясной
принадлежности . Протисты определены более ограничительно-
как однокле-точные эукариоты . Таким образом , царство
Protoctista включает не только протистов – одноклеточных эукариот
, но и их ближай-ших многоклеточных потомков, таких как красные
и бурые водоросли ,а также многие микроорганизмы ,сходные с
грибами ,например хитридиевые . Согласно традиционному
представ-лению о прямой филиации , такие клеточные органеллы ,
как митохондрии и пластиды , возникли путем компартментализации
самой клетки .
НЕСКОЛЬКО ПРОКАРИОТ ОБРАЗУЮТ
ОДНУ ЭУКАРИОТУ
Клетки - это ограниченные мембранами системы , наименьшие из
биологических единиц , способных к саморепродукции . Даже
мельчайшие клетки содержат гены в форме молекул ДНК (одной
или нескольких ) и белоксинтезирующий аппарат , состоящий из
нескольких типов РНК и множества белков. Все клетки содержат
рибосомы – тельца диаметром около 0,02 мкм , состоящие из РНК
по меньшей мере трех типов , и примерно пятидесяти различных
белков. Прокариотичесие организмы – наименьшие биологические
единицы , которые удовлетворяют этому определению клетки . У
них нет ядер . С другой стороны , одиночные эукариотические (
имеющие ядро ) клетки в известном смысле вообще не являются
единицами . Это комплексы различных белоксинтезирующих единиц
( ну-клеоцитоплазмы , митохондрий и пластид ) , тип и число
которых варьирует в зависимости от видовой принадлежности .
Таким образом , согласно этой теории , эукариотические
клетки возникли в результате кооперации первоначально
независимых элементов, объединившихся в определенном порядке .
Тэйлор назвал такое представление о раздельном происхождении
и развитии частей эукариотической клетки и их последующем
объединении - теорией последовательных эндосимбиозов . Условия
высокой температуры и кислотности привели к выработке в
нуклеоцитоплазме особого класса белков - гистонов - для
защиты ее ДНК . Митохондрии были способны расщеплять
трехуглеродные соединения до углекислоты и воды .
Симбиотическая ассоци-ация нуклеоцитоплазмы и митохондрий
начала изменяться в сторону усиления их взаимной
зависимости . Этот комплекс включил в себя двигательные органеллы
- реснички и жгутики . За этой трансформацией последовало
морфогенетическое преобразование , которое состояло в развитии
выраженных клеточных асимметрий . С интеграцией взаимозависимых
нуклеоцитоплазмы, митохондрий, ундулиподий - завершилось создание
полигеномной структуры эукариотической клетки. Первая эукариотическая
клетка была гетеротрофной. Она питалась готовыми органическими
соединениями. У этих эукариот возникли процессы митоза, а затем и
мейоза. И наконец , приобретение эукариотами способности к фотосинтезу ,
имело место в процессе становления основной эукариотической организации
и после его завершения- последнее событие в зтой эпопее. Симбиозы
становились более и более интегрированными . В настоящее время
зависимость каждой органеллы от продуктов метаболизма других
органелл стала настолько полной , что только современные методы
анализа позволяют проследить метаболические пути исходных
партнеров . Эукариоты разнообразны по своему строению , но
метаболически они остаются единообразными . Метаболические
ухищрения эукариот были разработаны различными бактериями еще
до того времени , когда они объединились, превратившись в
хозяина и его органеллы . Прокариоты достигли большого
разнообразия в способах получения энергии и в тонкостях
биосинтеза . Они оставили след своего существования задолго до
того , как на основе эукариотической клетки сформировались
такие крупные организмы , как животные , обладающие скелетом .
Схема происхождения эукариотических клеток путем симбиоза
ПРЕДШЕСТВЕННИКИ ЖИЗНИ
Предки нынешних организмов возникли более трех милли-ардов
лет назад из органических соединений , образовавшихся на
поверхности Земли . Привлекательность этой концепции
отчасти связана с ее доступностью для проверки .
С. Миллер и Х.. Юри показали , что при атмосферных усло-виях
, имевших место на юной Земле , могут образовываться
аминокислоты и другие органические молекулы . Различные типы
органических молекул образовывались спонтанно в течение
первого миллиарда лет существования Земли . Многие органические
молекулы были обнаружены в межзвездном пространстве и в
метеоритах . Значит , органические соединения возникают при
взаимодействии легких элементов, в при-сутствии источников
энергии . Универсальность химического механизма
биорепродукции означает , что все живое на Земле происходит
от общих предков : вся нынешняя жизнь произошла от клеток с
информационными системами , осно-ванными на репликации ДНК ,
и на синтезе белков , направляемом информационной РНК .
ФЕРМЕНТИРУЮЩИЕ ОРГАНИЗМЫ
Возможно , что нуклеиновые кислоты с самого начала были
отделены от окружающей среды липопротеидными мембранами .
Информация стала кодироваться последовательностью нуклеотидов
в молекулах ДНК . Древнейшие клетки использовали АТФ и
аминокислоты , входящие в состав белков , как прямые
источники энергии , и как структурные компоненты . Итак -
древнейшая жизнь существовала в форме гетеротрофных бактерий ,
получавших пищу и энергию из органического материала
абиотического происхождения . Для неодарвиновской органической
эволюции необходимо три феномена : воспроизведение, мутации и
селективное давление среды . Воспроизведение - это неприменное
условие биологи-ческой эволюции . При достаточно точной
репродукции - мутации и естественный отбор неизбежны .
Объяснить проис-хождение такой репродукции - значит понять
происхождение самой жизни . Мутирование - первичный источник
изменчивости в эволюции , ведет к наследуемым изменениям в
самовоспроизводяйщейся системе . Как только выработалось
надежное воспроизведение , началась неодарвиновская эволю-ция .
Организмы , у которых выработались пути синтеза нужных
клетке компонентов , имели преимущество перед другими .
Древнейшими автотрофами , то есть организмами способными
удовлетворять свои потребности в энергии и органических
веществах за счет неорганических источников , были анаэробные
метанообразующие бактерии . Способность к фотосинтезу впервые
выработалась у бактерий , чувствительных к кислороду . Поглощая
солнечный свет с помощью бактериального хлорофилла , они превращали
угле-кислоту атмосферы в органические вещества .Появление ана-эробного
фотосинтеза необратимо изменило поверхность и атмосферу Земли .
Углекислота удалялась из атмосферы и превращалась в ор-ганическое
вещество в соответствии с общим уравнением фотосинтеза :
2H2X+CO2=CH2O+2X+H2O . Фотосинтезирующие бактерии , которые
использовали для восстановления СО2 сероводород ,
откладывали элементарную серу . Они дали начало бактериям ,
способным к фотосинтезу с выделением кислорода . Вероятно
этот тип фотосинтеза зародился в результате накопления мутаций
у фотосинтезирующих серных бактерий . Этот путь привел к
возникновению сине-зеленых водорослей или цианобактерий . Недавно
была открыта и изучена новая группа фотосинтезирующих
прокариот , выделяющих О2 - хлороксибактерии . Можно
предполагать , что именно циано- и хлорооксибактерии были
предками пластид , находящихся в клетках водорослей и растений
. По мере накопления О2 в результате микробного
фотосинтеза земная атмосфера становилась окислительной , что
вызвало кризис всей жизни – до этого времени мир был
заселен анаэробными бактериями. Чтобы выжить микробы должны были
избегать кислорода, укрываясь в болотах , или должны были
выработать обмен веществ , способный предохранить их от
возрастающего количества кислорода .
ФОТОСИНТЕЗ И ВОЗДУХ
Примерно 2 миллиарда лет назад один за другим происходили
различные эволюционные процессы по созданию метаболи-ческого
разнообразия . Способность к выработке специфических ферментов
может передаваться в пределах одного вида с помощью
вирусоподобных частиц, называемых плазмидами. Поразительны
биосинтетические способности прокариот : из углекислоты , нескольких
солей и восстановленных неорга-нических соединений , служащих
источниками энергии , микро-организмы- хемоавтотрофы могут
синтезировать в содержащей кислород неосвещенной воде все
сложнейшие макромолекулы , необходимые для роста и размножения .
Эти биохимические про-цессы приводили к системам круговорота
элементов еще тогда , когда не было растений , грибов , животных
.
Ассоциации и эукариоты .
По мере накопления атмосферного кислорода абиотическая продукция
органических веществ сокращалась , так как они быстро разрушались
под действием этого газа . Бактерии оказались в прямой
зависимости друг от друга о том , что касается притока газов ,
вентиляции и удаления отходов мета-болизма в газообразном виде .
Создалась их взаимная зависи-мость в отношении питания и защиты
, возникло много разного рода связей между организмами , включая
симбиоз , паразитизм и хищничество. Определенная серия симбиозов
вела к форми-рованию новых типов клеток . Согласно теории
последова-тельных симбиозов , все эукариоты сформировались в
резуль-тате симбиоза между чрезвычайно далекими друг от друга
видами прокариот : нуклеоцитоплазма образовалась из микро-
организмов хозяев , митохондрии из бактерий , дышащих кислородом
, пластиды - из хлороокси- или цианобактерий , а ундолиподии - из
спирохет , прикреплявшихся к поверхности хозяев . Митотическое
деление клетки выработалось только после того , как хозяева
стали поглощать спирохет и передислоци-ровать их части . Итак , в
начале истории эукариот находились лишенные клеточной стенки
плейоморфные микроорганизмы , способные сбраживать глюкозу до
двух- и трех углеродных ко-нечных продуктов по метаболическому
пути Эмбдена-Мейер-гофа. Эти организмы , которым предстояло стать
нуклео-цитоплазмой , приобретали эндосимбионтов . А какова природа
эндосимбионтов , дышавших кислородом ? Эти промитохондрии были
аэробными палочковидными организмами , близкими к современным
бактериям , вроде Paracoccus denitrificans. Ассоциация могла
начаться с хищничества , объектом которого служили клетки-хозяева
. Размножение симбионтов внутри ос-мотически регулируемой клетки
вело к отбору, направленному против сохранения ими клеточных
стенок и биосинтетических путей, дублирующих пути хозяина.
Естественный отбор привел к образованию крист - складчатых
мембран современных митохондрий . Итогом этого приспособления к
симбиозу было образование двугеномных клеток – аэробных ,
содержащих митохондрии и ядра , но неспособных к митозу ,
крупных амебоидных микроорганизмов . Следующим шагом к полному
эукариотическому статусу было симбиотическое приобретение
подвижности . Ундулиподии образовались только после того , как
спирохеты объединились с амебоидами и навсегда видоизменились
. Как и во всех устойчивых ассоциациях , репродукция симбионтов
стала протекать согласованно с репродукцией хозяев и
появились новые комплексы , содер-жащие три генома : ядерный,
митохондриальный и ундолипо-диальный . Эти тригеномные комплексы
дали множество различных видов протистов . Симбиотические
бактерии став-шие ундолиподиями , обеспечили преадаптацию к
митозу . Развитие механизмов митоза привело в результате
адаптивной радиации к образованию огромного множества видов
эукарио-тических микроорганизмов . Итак , гетеротрофные микробы –
эукариоты породили животных и грибы . Другая серия
симбиотических приобретений привела к эукариотам - фотосинтетикам
. Естественный отбор оптимизировал процес-сы митоза, мейоза
. Протопластиды начали ассоциироваться с гетеротрофными
микрооорганизмами , которые заглатывали микробов – фотосинтетиков ,
но не переваривали их . Прокариоты хлороксибактерии -
прародители пластид простей-ших , зеленых водорослей .
Цианобактерии - стали предками красноватых пластид красных
водорослей и криптомонат. Великие новшества в эволюции
клеток возникли еще до того , как появились первые животные
растения и грибы . Какие – то гетеротрофные эукариоты в
результате поглощения фотосинтезирующих прокариот стали
водорослями . Это завершающее событие произошло более 400 млн.
лет назад , о чем свидетельствуют ордовикские ископаемые
остатки крупных фотосинтетиков - сифоновые зеленые водоросли
и красные водоросли .
Взгляд на эволюцию клетки.
Прямая филиация.
Традиционный взгляд на происхождение и эволюцию эукарио-тических
клеток заключается в том , что все живые организмы произошли
прямым путем от единственной предковой популя-ции в результате
накопления мутаций под действием естест-венного отбора.
Точечные мутации, дупликации, делеции и другие наследствен-ные
изменения , как известно игравшие роль в эволюции живот-ных и
растений , ответственны и за дифференцировку эукарио-тических
клеток из прокариотических- теория прямой филиации . т. е.
представление о несимбиотическом происхождении клеток. Возможно ,
зеленые водоросли являются потомками родоначаль-ников всех
растений. Многие особенности этих водорослей наводят на мыысль ,
что они и растения имеют общего предка. Филогения животных
сложнее , но концепция прямой филиации вероятно приложима также и
к их путям эволюции . Губки очевидно произошли от протистов ,
независимо от остальных групп животных . Итак , по крайней мере
для животных и растений гипотеза , по которой сложные
эукариотические орга-низмы развились из более просто устроенных
эукариот путем накопления отдельных мутаций под действием
естественного отбора , вполне правомерна . Эволюционные новшества
опирают-ся на сохранение высокосовершенных благоприятных генов .
Итак , новые организмы с повышенной способностью контроли-ровать
свою среду обитания развивались больше благодаря сохранению
дупликации и рекомбинации высокоадаптированных генов ,чем путем
приобретения новых свойств в результате простых , случайных
точечных мутаций . Гипотеза прямой филиации не позволяет
объяснить происхождение эукариот от прокариот . Например хиатус
между неспособными к митозу цианобактериями , и такими формами с
вполне развитым митозом , как красные водоросли , трудно понять с
позиций прямой филиации , но он естественно вытекает из
симбиотической теории .
Согласно теории прямой филиации и теории симбиоза , все
организмы на Земле произошли от биохимически одно-типных
бактериальных предков , а растениям и животным дали
начало эукариотические микробы . Фотосинтезирующие бактерии
дали начало водорослям , и в конце концов расте-ниям , а
некоторые водоросли утратили свои пластиды и пре-вратились в
предков грибов и животных . Теоретики прямой филиации
согласны в том , что пластиды и другие органеллы эукариот ,
включая ядро , сформировались путем дифферен-циации внутри самих
клеток и называют это ботаническим мифом .
Филогения
типов растений
Сопоставление филогений , соответствующих теории
прямой филиации (А)
и
теории симбиоза (Б)
Различия между положениями теории прямой филиации и
симбиотической теории :
Теория прямой филиации .
Главная дихотомия : животные – растения
Фотосинтезирующие эукариоты (водоросли и зеленые растения )
произошли от фотосинтезирующих прокариот ( сине-зеленых водорослей)
Растения и их фотосинтезируюшшие системы в докембрии
эволюционировали монофилетически .
Животные и грибы произошли от автотрофов , утративщих пластиды .
Митохондрии дифференцировались внутриклеточно у фотосинтезирующих
праводорослей .
У праводорослей внутриклеточно дифференцировались ундолиподии ,
митотический аппарат и все прочие эукариотические органеллы .
Все организмы произошли от предков – прокариот путем накопления
одиночных мутаций .
СЛЕДСТВИЕ : согласно теории , должны существовать праводоросли ;
трудно связать эту теорию с ископаемой летописью и построить
соответствующую филогению .
Теория последовательных эндосимбиозов :
Главная дихотомия : прокариоты – эукариоты .
Фотосинтезирующие эукариоты (ядросодержащие водоросли и растения )
и нефотосинтезирующие эукариоты ( животные , грибы , простейшие )
произошли от общих гетеротрофных предков ( амебофлагеллят ).
Эволюция фотосинтеза в архее была монофилетической у бактерий (
включая циано- и хлорооксибактерий ), фотосин-тезирующие протисты
возникли внезапно , когда их гетеро-трофные протисты – предки
вступили в симбиоз с фото-синтезирующими прокариотами
(протопластидами ).
Животные и большинство водорослей и грибов произошли
непосредственно от гетеротрофных протистов .
Митохондрии уже были у гетеротрофных протистов ,когда последние в
результате симбиоза приобрели пластиды . Промитохондрии были
ранее приобретены симбиотическим путем .
Митоз выработался у гетеротрофных эукариотических протистов путем
дифференциации ундолиподиальной системы .
Прокариоты произошли от ранних прокариотических предков путем ряда
одиночных мутационных событий , эукариоты тоже произошли от
эукариотических предков благодаря одиночным мутационным событиям ,
эукариотические же предки произошли от прокариот в результате
серии симбиозов .
Следствия : теория объясняет биохимические пути и их
избыточность у органелл . Она позволяет построить последо-вательную
филогению , объясняющую “биологический разрыв “ между временами
протерозоя и фанерозоя . Теория предска-зывает , что у органелл
должны сохраняться остатки систем репликации .
Ботанический миф
Со времен Жюсье низшие растения называют таллофитами .а высшие -
бриофитами и трахеофитами . Согласно ботаническому мифу ,общие
предки фотосинтезирующих бактерий и сине-зеленых водорослей путем
прямой филиации дали начало эукариотическим водорослям в том
числе морским . Группы организмов , филогению которых в
наибольшшей мере затра-гивает концепция прямой филиации ,
оказались в области ботаники - это бактерии , водоросли , грибы и
растения .
Гипотетические организмы , которые могли бы быть связующим
звеном между цианобактериями и зелеными водорослями , были названы
родоначальными фито-монадами ( ancestral phytomonads ) или
праводорослями . Некоторые авторы утверждали , что подходящими
кандитами на роль праводорослей могут быть эукариоты Cyanidium и
Cyanophora, сходные по своим пигментным системам с
цианобактериями . У таллофитов не было обнаружено промежуточных
форм между немитотическим состоянием цианобактерий , и вполне
развитым типичным митозом зеленых водорослей и растений . Хотя
грибы и цветковые растения полностью лишены ундулиподий , им
свойственны митоз и мейоз , для которых необходимы веретена ,
состоящие из микротрубочек . Имеется общее согласие в том ,что
все многоклеточные организмы ,обладающие микротрубочками ,происходят
от эукариотических микроорганизмов с ундолиподиями , но никто не
знает , от какой именно группы протистов . Подкреплением
ботанического мифа служили древность и сложность фотосинтеза , а
токже тот факт , что у многих организмов ( у бактерий , евгленовых
, пара-зититических растений ) как в природе , так и в лаборатории
, наблюдалась утрата фотосинтеза в результате мутаций . Поскольку
фотосинтез - анаэробный процесс ,обеспечивающий в конечном итоге
существование всех организмов , то он должен был развиться очень
рано в истории жизни на нашей планете , еще до того как
возник митоз , для которого небходим кис-лород . в фотосинтезе
участвует множество пигментов , липидов и ферментов ,упорядоченно
расположенных в очень сложных мембранах . При этом детали
фотосинтетических механизмов у водорослей и растений , с одной
стороны , и у цианобактерий , с другой - поразительно сходны .
Все эти организмы освобождают газообразный кислород из воды ,
которая служит источником атомов водорода , используемых для
восстановления СО2 до органических веществ клетки . Многие
водоросли и простейщие не имеют ни митоза , ни генетической
системы , сходной с таковой животных и растений . Инфузории имеют
особую гене-тическую систему с ядрами 2 типов , причем клетки
нередко многоядерные . Один тип яядер – макронуклеусы , а другой –
намного меньшие микронуклеусы . Микронуклеусы физиологи-чески
несущественны . однако они хранят копии генов , а при половом
процессе - претерпевают мейоз . Физиологически необходимые
макронуклеусы служат местом транскрипции РНК, и , таким образом ,
управляют физиологией клетки . Одна из трудностей при выяснении
отношений между цианобактериями и эукариотическими водорослями
связана с отсутствием данных о происхождении ундолиподий : не
было найдено никаких промежуточных звеньев между цианобактериями
, у которых ни-когда не бывает ундолиподий , и множеством
водорослей , которые их имеют . Другая проблема – полное отсутствие
полового процесса у цианобактерий : между бесполыми
цианобактериями и водорослями , большинству которых свойственен
половой процесс , не оказалось никаких промежуточных форм .
Обнаружилось , что большинство водо-рослей имеют ундолиподии на
какой – либо стадии жизненного цикла . Подвижные структуры у
водорослей , простейших , жи-вотных и растений оказались
одинаковыми : все они состоят из микротрубочек диаметром 0,024
мкм . Выяснилось ,что мито-тическое веретено даже у грибов , у
которых нет ундолипдий ,состоит из белковых микротрубочек того же
диаметра , что и в ундолиподиях . На протяжении полувека
казалось чрезвычайно правдоподобным , что эукариотичкские водоросли
произошли от цианобактерий . Этот ботанический миф привел к
предположе-ниям , которые многие годы служили как стимулом для
исследования , так и системой координат ,в которой про-изводилась
оценка получаемых результатов . Утверждение , что связующие звенья
между цианобактериями и эукариотическими водорослями вымерли , не
оставив ископаемых следов и живых реликтов , становилось все
менее убедительным по мере поступ-ления новых данных о живых
микробах и об окаменелостях . Главные промежуточные звенья между
фотосинтезирующими прокариотами и эукариотами не вымерли бесследно
, как того требует ботанический миф ,- они никогда не
существовали . Согласно теории последовательных эндосимбиозов ,
циано-бактерии – действительно родоначальники ,но только пластид , а
не остальных частей эукариотической клетки , и уж во всяком
случае не ее ядра . И все же в вопросе о происхождении ядра
гипотеза прямой филиации и теория симбиоза совместимы . Мыслимые
модификации крайнего варианта теории симбиоза включают , например
,идею о симбиотическом происхождении пластид , но не митохондрий
, или о симбиотическом про-исхождении пластид и митохондрий , но
не ундолиподий . Сторонники прямой филиации выдвинули также
предположение о происхождении ядра путем симбиоза .
Решающие доказательства эндосимбиотического происхождения
хлоропластов и митохондрий .
Наиболее существенные доказательства происхождения важней-ших
органелл эукариотических клеток - хлоропластов и мито-хондрий из
прокариот получены в последние годы при изуче-нии структуры
рибосомальных РНК . Молекудярный биолог
К. Воз показал уже в 80-х годах , что структура РНК из рибосом
хлоропластов растений почти идентична структуре РНК из некоторых
цианобактерий . В то же время группа исследователей установила ,
что РНК рибосом , полученных из митохондрий разных эукариотов
схожа с РНК некоторых бактерий , в частности бактерий рода
Paracoccus . Набор дыхательных ферментов указанной бактерии очень
похож на
“ дыхательный ансамбль “ митохондрий животных .
Эти данные достаточно ясно свидетельствуют в пользу большей
вероятности эндосимбиотического происхождения эукариотических
клеток . Явление эндосимбиоза и по сей день чрезвычайно широко
распространено в природе . Известно , что на теле некоторых
морских рыб часто поселяются светящиеся бактерии , которые не
только сами получают большие преимущества для своей жизни , но и
очень полезны для организмов хозяев . Все сказанное убедительно
свидетельствует в пользу эндосимбиотического происхождения
эукариотических клеток из гораздо меньщих по объему клеток
прокариот . Однако главный вопрос заключается в установлении
природы хозяйской клетки , ведь клетки эукариот обладают хорощо
сформированным ядром , имеющим оболочку , а прокариоты такого ядра
не имеют . Л. Маргелис , например , считает ,что роль хозяйских
клеток , возможно , сыграли прокариоты – предшественники современных
бактерий , относящиеся к микоплазмам - очень примитивно построенным
прокариотам , практически лишенным клеточных стенок . В последнее
время появились и широко обсуждаются работы японского ученого
Т. Ошимы . На основании тщательного изучения структуры рибосомных
РНК многих про- и эукариот , в том числе и многих
представителей до сих пор малоизученного надцарства архей , этот
автор приходит к выводу , что хозяйской клеткой являлся один из
предков современных архей . Следует сказать , что у представителей
именно этого надцарства , в отличие от бактерий , имеется очень
много общих с эукариотами биохи-мических и молекулярно –
биологических особенностей . В по-следних работах Т. Ошима
приводятся доводы в пользу того , что хозяйской клеткой при
возникновении эукариот являлся предок архей , подобный одному из
современных представителей этих прокариот - термоплазме . Каково
будет окончательное решение проблемы установления природы
хозяйской клетки , давшей начало эукариотической клетке в процессе
множествен-ного эндосимбиоза , покажут дальнейшие исследования .
ВЫВОДЫ:
Наиболее популярной и обоснованной гипотезой происхождения
эукариотических клеток является в настоящее время представле-
ние об их образовании путем многократно происходившего в
процессе эволюции в течении первых 1.5 – 2 млрд лет
существования на Земле живых клеток эндосимбиоза различных
прокариот , относящихся к бактериям и археям . Решающие
доказательства эндосимбиотического происхождения хлоро-пластов и
митохондрий были получены ведущими биологами мира при изучении
структуры рибосомальных РНК . Эти данные достаточно ясно
свидетельствуют в пользу большой вероятности эндосимбиотического
происхождения эукарио-тических клеток из гораздо меньших по
объему (на несколько порядков ) клеток прокариот .
ЛИТЕРАТУРА
Соросовский образовательный журнал. Биология , Химия , Науки о земле ,
Физика , Математика . N 5 1998г
Маргелис Л. Роль симбиоза в эволюции клетки. Пер. с англ., М. МИР
1983г
Основы микробиологии . М . “Медицина “ 1992 .
Хахина Л.Н. Концепция А.С. Фаминцына о значении симбиоза в
эволюции Л. ; Наука , 1981 , с . 165 – 181 .
Альбертс Б . Молекулярная биология клетки ; Пер. с англ . М . Мир
1986 т.1
|
|
 |
 |
 |
 |
|
|
Кто на сайте?
Сейчас на сайте находятся:
345 гостей
|
|
|
