Международный союз охраны природы

Для использования СО2 в ходе эволюции возник механизм фотосинтеза, в процессе которого СО2 превращается в органические соединения за счет энергии солнечного излучения. Взаимодействие солнечного света с пигментной молекулой – хлорофиллом переводит электрон в более высокое энергетическое состояние. Энергия освобождается при обратном переходе электрона на более низкий энергетический уровень, направляется молекулами белка на проведение химических реакций.

При фотосинтезе в качестве отхода в земную атмосферу выделяется кислород. Одними их первых его начали выделять цианобактерии – синезеленые водоросли. Они способны усваивать СО2 и N2 и существовать только за счет воды, воздуха и солнечного света. Вместе с бактериями подобных типов они пополняли атмосферу кислородом, который начал вызывать радикальные изменения условий на Земле. Учитывая высокую химическую активность кислорода и его способность реагировать с большинством компонентов внутренностей клеток, можно сделать вывод, что для многих ранних организмов он был ядовит, как и для многих современных анаэробных бактерий. Однако именно благодаря высокой химической способности кислород способен выступать в роли поставщика химической энергии. Поэтому не удивительно, что в ходе эволюции организмы использовали это свойство. С помощью кислорода живые существа способны более полно окислить молекулы пищи. Глюкоза может быть расщеплена только до молочной кислоты или этилового спирта, конечных продуктов анаэробного гликолиза. В присутствии же кислорода глюкоза полностью расщепляется до Н2О и СО2. Таким образом можно получить значительно больше энергии из каждого грамма глюкозы. Энергия, высвобождаемая при аэробном окислении молекул пищи, называется обычно дыханием, используется для синтеза АТР, подобно тому, как у фотосинтезирующих организмов АТР образуется за счет солнечной энергии.

Как же повлияло накопление молекулярного кислорода в атмосфере на анаэробные организмы, положившие начало жизни на Земле, но не способные жить в этой атмосфере? Некоторые вымерли, а другие развили способность в дыханию либо нашли экологические ниши, практически лишенные кислорода, и продолжили в них анаэробное существование. Но существовал и третий класс организмов, который выбрал более дальновидную стратегию выживания. Организмы этого класса вступили в симбиоз с аэробными клетками, а затем образовали с ними прочную ассоциацию. Таковыми являются современные, так называемые эукариотические, клетки многоклеточных растений и живых организмов. Эти клетки, в отличие от предшествующих им прокариотических, имеют окруженное мембраной ядро, в котором заключена большая часть клеточной ДНК. Таким образом, компартмент, содержащий ДНК, отделен от остального содержимого клетки – цитоплазмы, где протекает большинство метаболических реакций. В самой цитоплазме имеется множество характерных окруженных мембранами компартментов – органелл. Среди них особенно выделяются два типа – митохондрии и хлоропласты. Каждая органелла окружена мембраной, отличающейся по химическому составу от мембраны, окружающей ядро. Митохондрии встречаются почти во всех эукариотических клетках, тогда как хлоропласты – только в клетках растений, способных к фотосинтезу. Обе органеллы имеют симбиотическое происхождение.

Митохондрии во многом похожи на свободно живущие прокариотические организмы: например, они напоминают бактерии по форме и размеру, содержат ДНК, производят белок и размножаются делением. Митохондрии ответственны за дыхание; ни в каких других частях клетки этого процесса не происходит. Без митохондрий клетки животных и грибов были бы анаэробными, зависимыми в своих энергетических потребностях от сравнительно малоэффективного и архаичного процесса гликолиза. Многие современные бактерии могут дышать, причем это дыхание имеет явное сходство с дыханием митохондрий; есть все основания полагать, что эукариотические клетки являются потомками примитивных анаэробных организмов, которые выжили в богатом кислородом мире, поглотив аэробные бактерии. Они поддерживали их в состоянии симбиоза ради их способности потреблять атмосферный кислород и производить энергию.

Хлоропласты осуществляют фотосинтез в значительной степени так же, как цианобактерии. Солнечный свет поглощается присоединенным к мембранам хлорофиллом. Некоторые хлоропласты по строению во многом напоминают цианобактерии, например, сходными могут быть их размеры и способ укладки в слои хлорофиллсодержащих мембран. Хлоропласты размножаются делением, а нуклеотидная последовательность их ДНК почти полностью гомологична определенным участкам бактериальной хромосомы. Все это наводит на мысль, что хлоропласты произошли от прокариотических бактерий, захваченных когда-то эукариотическими клетками. Прокариоты осуществляли фотосинтез для клеток-хозяев в обмен на предоставление последними приюта и питания.

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