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[1] 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.
ПОИСКИ ЛУЧШЕЙ ЖИЗНИ ПРОДОЛЖАЮТСЯ
Чем ближе к нашим дням, тем чаще живые существа встречаются в геологической летописи и тем полнее и достовернее становятся сведения о них. На их формирование влияла и сама Земля, которая вовсе не оставалась неизменной за эти миллиарды лет. Несколько геологических революций произошло на ней за это время. Менялась соленость океана, менялся климат, менялись и очертания суши. Океан уходил, обнажая остовы новых материков, нимало не заботясь о том, что станется с жизнью, которая не поспела за его бегом. И конечно, судьба живых существ была жестокой. Либо приспосабливайся, либо погибай. Некоторые, например, бактерии, выжили, приспособились и поэтому и в наши дни встречаются повсюду: в воде, в земле и в воздухе. Им незачем было еще как-то изменяться.
Но так идеально приспособились не все живые существа. Жизнь большинства из них продолжала оставаться беспокойной и неустроенной. Суровый отбор наиболее приспособленных делал свое дело.
В поисках «лучшей жизни» клетки «попробовали» объединяться в сообщества. Это и открыло перед ними невиданные раньше возможности. Раньше клетка должна была заботиться обо всем сама. Она добывает пищу, спасает свою жизнь, дышит, движется
и размножается. За такой «кучей дел» была ли у нее возможность «думать» еще и о совершенствовании? Конечно, нет! Теперь же, когда был создан многоклеточный организм, каждая клетка могла специализироваться в своем деле, не заботясь о других делах.
Усложнившись таким образом, некоторые организмы перестали быть игрушками волн. Они осели на дно и прикрепились к нему. Но, устроившись удобно и надежно, они пожертвовали драгоценной способностью к передвижению, а значит, и возможность дальнейшего совершенствования для них сузилась. От них произошли, к примеру, водоросли и кораллы.
1
Гетеротрофными называются организмы, использующие для своего питания готовые органические вещества.