Международный союз охраны природы

События, обусловившие возникновение первой клетки (синтез малых органических молекул в полимеры, самокопирование молекул РНК, окружение молекул РНК катализирующими их белками, возникновение окруженных мембранами компартментов в результате самосборки молекул липидов), происходили 3,5-4,0 млрд лет назад.

Следующим этапом в эволюции стало появление в клетках нового полинуклеотида – молекулы ДНК – дезоксирибонуклеиновой кислоты, являющейся хранилищем генетической информации. Эта молекула, в отличие от РНК, меньше подвержена гидролизу и поэтому более прочная. Кроме того, она отличается от РНК тем, что имеет двухцепочечную спиральную форму, которая позволяет ей относительно легко самокопироваться и восстанавливать повреждения; при этом неповрежденная цепь ДНК служит матрицей для восстановления комплементарной дефектной цепи. Используя тот же принцип комплементарности, ДНК направляет синтез отдельных молекул РНК, однако в этом случае спаривание происходит между несколько различающимися типами нуклеотидов. Синтезированные таким образом одноцепочечные молекулы РНК выполняют две другие функции первобытных поликнулеотидов: направляют синтез белков и как кодирующие молекулы (информационные РНК), и как каталитические (рибосомные и другие неинформационные РНК).

Существующие представления об эволюции первобытных молекул можно суммировать так. Молекулы РНК первыми включились в эволюцию. После эффективного синтеза белка ДНК взяла на себя генетическую функцию, белки стали основными катализаторами, а РНК сохранилась главным образом как промежуточное звено между ними. ДНК стала необходимой только тогда, когда клетки сильно усложнились и для них потребовалось значительно больше генетической информации, чем могли стабильно поддерживать молекулы РНК.

Существует предположение, что все ныне живущие организмы произошли из единственной, возникшей несколько миллиардов лет назад, первобытной клетки. Пережив своих конкурентов, эта клетка положила начало процессу клеточного деления и эволюции, который в конце концов создал зеленый покров Земли, изменил состав ее атмосферы и привел к возникновению живых организмов и человека.

На эволюционном пути имеется важная веха. Примерно 1,5 млрд лет назад произошел переход от маленьких клеток со сравнительно простой внутренней структурой (так называемых прокариот, к которым относятся различные бактерии) к большим и значительно более сложно организованным эукариотическим клеткам, подобным клеткам высших животных и растений.

Важным периодом в этом переходе было возникновение так называемых метаболических реакций. Самая главная из них – это гликолиз, реакция с участием фосфатов сахаров, способная осуществлять расщепление глюкозы в отсутствие кислорода, так как в атмосфере первобытной Земли кислорода не было. Практически во всех живых клетках протекают реакции гликолиза, сопровождающиеся образованием аденозинтрифосфата, или АТР, – соединения, используемого всеми клетками в качестве источника легкодоступной химической энергии.

Бактерии, растущие в растворе солей, где единственным источником углерода была глюкоза, извлекали из глюкозы химическую энергию, необходимую для многих жизненно важных процессов, и использовали атомы углерода для синтеза всех необходимых клетке органических молекул. Эти реакции катализируются сотнями ферментов, последовательно работающих в цепях химических реакций так, что продукты одной реакции служат субстратом для других.

Вначале, когда жизнь на Земле только зарождалась, в метаболических реакциях, видимо, не было необходимости, так как клетки могли жить и расти, питаясь окружающими их молекулами – наследием первобытного “бульона”. По мере истощения этих естественных ресурсов большое преимущество при отборе должны были получить организмы, вырабатывающие ферменты для образования органических молекул. Таким образом, наличный комплект клеточных ферментов постоянно увеличивался и в результате возникли метаболические пути современных организмов.

Самые ранние стадии метаболизма появились в ходе эволюции для того, чтобы восполнить недостачу органических молекул, образовавшихся еще в первобытных условиях. Что же произошло, когда запас подобных соединений полностью истощился? В этих условиях значительное преимущество при отборе должны были бы приобрести организмы, способные использовать атомы углерода и азота в виде СО2, N2 из атмосферы, где они имеются в изобилии, но углекислый газ и азот – очень стабильные соединения. Их превращение в доступную для усвоения форму органических молекул, таких, как сахара, требует большого количества энергии и значительного числа сложных химических реакций.

Страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56