ПАЛЕОНТОЛОГИЯ

Первичные существа протобионты. Чем отличаются животные и растительные клетки. Безъядерные прокариоты и ядерные эукариоты

Растения с помощью света производят органические вещества и кислород. Животные эти вещества при помощи кислорода разрушают. Налицо два царства, две главные «специальности» живой природы — созидатели и разрушители, сопряженные в вечном биологическом круговороте.

Нет сомнения, что современные растения и животные ведут начало от одного корня, от первичных существ — протобионтов. К какому же царству следует относить самих протобионтов? После выхода в свет «Происхождения видов» Чарльза Дарвина эволюционисты со всей дотошностью занялись выяснением этого вопроса и через сто с лишним лет убедились, что ни растительного, ни животного царства в действительности не существует и в научной классификации от них лучше бы отказаться.

Конечно, речь идет не о биологических «специальностях». Никто не усомнился, что элодея на свету выделяет кислород, а лошадь ест овес и сено, разумеется, в любое время суток. Однако царства, типы и классы живой природы выделяются не по «специальности», а по признакам наследственного сходства, по родству. Морскую капусту, мухомор и фиалку объединили в царстве растений лишь потому, что были уверены в их родстве, в том, что они ближе друг к другу, чем к корове или к кораллу. Вот это и оказалось ошибкой. А разрушила представление о великих царствах научно-техническая революция, дав биологам мощные средства исследования клетки: электронные микроскопы и технику для сверхточных биохимических анализов.

Оказалось, что по устройству клетки все живые существа следует прежде всего разделить не на животные и растения, а на организмы «безъядерные» — прокариоты — и «ядерные» — эукариоты. В группу прокариот попали все бактерии и часть водорослей — сине-зеленые. В группу эукариот — все остальные растения и животные. Так через царство растений прошла первая и самая глубокая трещина. Даже не трещина, а пропасть. Клетки всех «ядерных» удивительно похожи. И не только наличием «центра управления» — ядра с его хромосомами. В каждую клетку растительных или животных эукариот вмонтированы совершенно одинаковые и очень сложные «энергетические агрегаты» — митохондрии. Именно в них совершается главный цикл, обеспечивающий (летку энергией, — цикл окисления лимонной кислоты. Короче говоря, все клетки «ядерных» организмов очень высоко организованы, могут производить большую энергию и специально приспособлены к потреблению кислорода. А прокариоты очень просты и сохраняют черты глубочайшей древности. Ядра и митохондрий у них нет, а энергетика крайне разнообразна. Для многих из них кислород — смертельный яд, зато некоторые могут «дышать» смесью углекислоты и водорода, или, при помощи той же углекислоты, окислять сероводород.

Растительная клетка

Большинство микроорганизмов разрушают органические соединения, но зеленые и пурпурные бактерии ведут фотосинтез. Однако фотосинтез у них особый — кислород при этом не образуется. И наконец, синезеленые прокариоты работают как обычные растения.

Нетрудно догадаться, что «безъядерные» организмы и есть прямые наследники и потомки протобионтов, что они начали свой жизненный путь в первобытном бескислородном мире, насыщенном углекислотой и органикой. И только миллиарды лет спустя, когда условия несколько приблизились к современным, на арену жизни вышли эукариоты.

Совсем недавно палеонтологи, используя современную технику, смогли показать, что все происходило именно так: возраст бактерий, синтезирующих метан, оказался около 3,5 миллиардов лет, возраст синезеленых — около 3 миллиардов. Древние организмы не только выглядели как синезеленые — они были ими в действительности. Из древних вмещающих пород удалось выделить пигмент дикобиллин, который использует для фотосинтеза только эта группа.

Клетки первых эукариот почти втрое моложе. Уже на фотографиях этих ископаемых хорошо видны ядра и даже ядра в процессе деления.

Поначалу казалось, что новые факты ничем не угрожают сложившимся представлениям об эволюции жизни. Все очень просто: первичные «безъядерные» гетеротрофы  дали начало фотосинтезирующим, опять же безъядерным организмам — растениям. Те, в свою очередь, усложнились, приобрели ядро, митохондрии и жгутики, иными словами превратились в эукариот. Затем часть первичных жгутиконосцев утратила хлорофилл и превратилась в настоящих животных. Другая же часть продолжала совершенствовать свою «растительную» квалификацию.

Однако эта разумная гипотеза споткнулась вроде бы на ровном месте: никто из ее сторонников не смог объяснить, каким образом синезеленые водоросли превратились в «ядерные» организмы. И чем больше внимания уделялось этому вопросу, тем яснее становилась его неразрешимость.

В конце концов, узел противоречий пришлось не развязывать, а разрубать при помощи гипотезы симбиоза. В упрощенном виде она выглядит так: жила в первобытном океане довольно крупная бактерия-хищник. Пищей ей служили мелкие родичи, которых она поглощала и не спеша сбраживала, поскольку кислород использовать еще не умела. И вот однажды довелось ей проглотить пищу, которая вела себя совсем удивительно, вроде неразменного сказочного рубля, — вовсе не переваривалась, а силы и бодрости прибавляла. Это были дышащие аэробные бактерии. Жертва осталась жить внутри хищника. Но чудеса на этом не кончились. Вот что пишет один из авторов гипотезы, американец Маргулис: «К поверхности хозяина прикрепилась вторая группа симбионтов, жгутикоподобные бактерии, сходные с современными спирохетами, которые значительно увеличили подвижность хозяина». Увеличилась подвижность, увеличилась и возможность новых встреч. На этот раз гибридный организм проглотил подходящую синезеленую водоросль и до скончания времен прекратил охоту: теперь вечная пища всегда находилась внутри его тела. Так появилось растение.

Следовательно, животная клетка — эукариот, это химерический союз трех бактерий, а растительная — животной клетки и водоросли.

Вся эта история похожа на сказку не только в нашем, но и в строго научном изложении. Но обоснована она очень крепко, и потому ее приняло большинство авторитетных ученых. Во-первых, одноклеточные водоросли и сейчас легко вступают в союз с животными-эукариотами. Например, известная всем инфузория-туфелька может держать в плену столь же известную водоросль — хлореллу. Туфельки не переваривают свою, «домашнюю» хлореллу, которая всегда образует строго определенное количество клеток внутри хозяина. Однако любая «дикая» хлорелла, попавшая внутрь хищника, уже насыщенного своими водорослями, уничтожается мгновенно. Причем водоросли-сожители часто теряют способность к самостоятельному существованию.

Во-вторых, митохондрии и хлоропласты эукариот не только очень сложны и сопоставимы с прокариотными клетками. Они даже сохраняют остатки былой независимости. Если все остальные устройства клетки создаются заново, по команде ядра, то хлоропласты и митохондрии размножаются сами, как настоящие бактерии. У них есть своя собственная ДНК. Они могут размножаться даже в чужой клетке. Например, хлоропласты фиалки хорошо размножаются в курином яйце.

Очень похоже, что короли и капуста действительно приготовлены из одной смеси, и смесь эта с самого начала была животно-растительной.

Но родство королей и капусты неожиданно обнаружилось и на уровне многоклеточных организмов.

Недавно советские зоологи Олег Григорьевич Кусакин и Ярослав Игоревич Старобогатов предложили новую систему организмов, в которой строго соблюдается принцип объединения по родству. В этой системе морская капуста — ламинарии, фукусы и остальные бурые водоросли — стоит совсем рядом с многоклеточными животными, ближе, чем такие несомненные животные, как губки. В эту же смешанную группу попали и грибы. Зато все высшие растения и зеленые водоросли оказались совсем в другом разделе. Так рухнули границы царств, установленные еще Аристотелем.

Но если бы только это! На самом деле попытки выяснить, что происходило на заре жизни, как и когда появились растения и животные, изменили самые общие представления об эволюции. Еще вчера казалось, что единственный путь усовершенствования живых существ — постепенное усложнение их внутренней структуры, развертывание и преобразование уже существующих задатков.

Сегодня становится очевидным, что возможен и другой путь — путь симбиоза, путь создания единого целого из разнородных и самостоятельных частей. На новом витке спирали в биологию возвращается принцип древнегреческого философа Эмпедокла, который совсем недавно казался смешным пережитком античной мифологии.

Но житейская терминология консервативна. Хотя со времен Коперника и Галилея прошли столетия, мы продолжаем говорить «солнце село» и «солнце встало». И мы по-прежнему будем называть растениями все водоросли, грибы, лишайники, травы, кустарники и деревья.