До и после динозавров
Шрифт:
Синдром «Фольксвагена»
На ранний и начало позднего протерозоя (2,5–1,5 млрд лет назад) пришелся своеобразный застой. Ничего откровенно нового в течение долгих полутора миллиардов лет не появилось. Даже изотопная летопись углерода имеет вид скучной прямой линии без загогулин. Но за кажущейся простотой внешнего образа скрывались бурные преобразования внутреннего содержания.
Начиная с 50-х годов XX века в Германии большим спросом пользовался автомобиль марки «Фольксваген», похожий на жука с большими глазками. Внешний вид машины был придуман настолько удачно, что его сохраняли почти сорок лет. При этом и мотор, и внутренняя отделка поменялись полностью, причем не единожды. Найдя на свалке кузов такого автомобиля без внутренних деталей, невозможно определить, сделан ли он в начале 50-х или в конце 80-х годов. Примерно то же можно сказать о бактериях. О них так и говорят: у бактерий проявлялся «синдром "Фольксвагена"».
Почти не меняясь внешне, они тем не менее полностью изменились внутренне. В исключительно чистых лабораториях потомки одной и той же бактерии становятся иными за несколько тысяч поколений. Многие изменения налицо. (Или что у них там?) Преображается и поведение. Разнообразие возникает буквально из ничего. Через некоторое время после начала опыта в чашке с культурой бактерий можно увидеть три отдельные группы. Одни останутся лежать на дне. Другие всплывут к поверхности. Третьи распределятся в толще предоставленной им среды. Иными словами, они заполняют все возможные для существования ниши. И в каждой из них новое поколение все более эффективно потребляет предложенный субстрат.
То же происходило в раннем протерозое. Большинство сообществ раннего и начала позднего протерозоя состояло из простых внешне форм. Они занимали практически все свободное пространство на море и, возможно, на суше.
Окремнелые останки живых существ обнаружены более чем в тысяче местонахождений этого периода. Среди них особенно много встречается тел простой округлой формы размером до 0,025, реже до 0,04 мм в поперечнике. Можно встретить тонкие нити с перегородками, трубки и ветвящиеся нити. Многие из них напоминают современных цианобактерий. На периодически осушаемом мелководье обитали самые заурядные округлые формы золотисто-коричневой окраски от пигмента сцитонемина, предохранявшего бактерий от ультрафиолетовых лучей. Он настолько устойчив, что не распался до сих пор. Дальше от берега образовывали густые заросли нитчатые цианобактерии, среди которых скользили совсем мелкие, похожие на пружинки, осцилляториевые. Разница между крайним мелководьем и морскими условиями проявлялась только в увеличении многообразия бактерий по мере улучшения самих условий.
В отдалении от бактериальных сообществ селились первые эукариоты. Тогда это были очень незатейливые шаровидные клетки. Время соперничества с бактериями за лучшие местообитания для них еще не наступило.
Держи карман шире
Около 2 млрд лет назад атмосфера была бескислородной, а кислород накапливался только в полостях-карманах микробных сплетений. С установлением кислородной атмосферы бактериальные сообщества «вшили» бескислородные карманы, где разлагалось органическое вещество. Впрочем, водная толща океана еще долго могла быть бескислородной, и на дне (как в Черном море) отлагались черные пахучие илы.
В этот период в ископаемой летописи начинают попадаться остатки эукариот. Эукариоты — это организмы, обладающие ядром (хранилищем генов), сложными клеточными органеллами (своеобразными органами клетки) и более совершенным способом полового размножения, когда наследственный материал сосредоточен в расходящихся парных хромосомах.
В породах возрастом около 2,1 млрд лет, найденных в Северной Америке, обнаружены изгибающиеся, слегка закрученные ленты до полуметра длиной. Скорее всего, это были водоросли. Не исключено, что эукариоты меньших размеров существовали и несколько раньше, но распознать их среди прочих ископаемых остатков совершенно невозможно. Но все, что превышало в поперечнике 0,75 мм (наибольший размер современных бактерий), скорее всего, было не бактериями.
Эукариоты не могли не появиться. Уже устойчивое микробное сообщество, каждый член которого отвечал за строго определенный участок работы, отличалось цельностью. Возможно, что дальнейшее усиление связей между его членами и привело к эукариотам. Отдельные органеллы эукариот очень похожи на некоторых бактерий. Митохондрии (греч. «нить» и «зернышко»), которые обеспечивают клетку энергией, близки к пурпурным несерным эубактериям. Поэтому почти все эукариоты дышат кислородом.
Хлоропласты (греч. «зеленый комок») напоминают цианобактерии и зеленых бактерий. Обладающие ими водоросли и высшие растения стали фотосинтетиками. Полное отчуждение, правда, не преодолено до сих пор. Хлоропласты (чтобы чего не вышло) укутаны в несколько оболочек. Жгутики, с помощью которых одноклеточные эукариоты двигаются, могли возникнуть при захвате спирохет или спироплазм (скрученных, способных к вращательному движению бактерий). Если у одноклеточных жгутики являются движителем (иногда органами захвата), то жизнь многоклеточных без них и представить трудно. На основе жгутика развились все органы чувств и передачи информации: вкусовые и обонятельные волоски, органы равновесия и нервные пучки.
Правильно распределить хромосомы при делении клетки тоже помогают преобразованные жгутики (отсюда и название такого деления — «митоз» — греч. «нить»). Митоз появился у одноклеточных эукариот, а на его основе возник мейоз (греч. «убывание»). Ядра большинства животных и растений содержат два почти одинаковых набора хромосом (до миллиона генов в наборе). При митотическом делении каждая дочерняя клетка получает в наследство по одной копии любой родительской хромосомы, а при мейозе — половину родительских хромосом. Для обретения двойного набора ей приходится слиться (вступить в половые отношения) с другой клеткой. Оплодотворение обеспечивает обмен участками хромосом. В итоге наследство прирастает за счет состояния каждого из родителей.
Обмен генами позволил эукариотам эволюционировать намного быстрее, в то же время сохраняя все наилучшее от своих предков. (Тот, кто пытался сохранить все самое худшее, просто вымер.)
Предоставить жилплощадь для поселения всех бактериальных соседей могли магниточувствительные бактерии, о которых говорилось в предыдущей главе. Клетка у них весьма просторная — целых 0,015 мм. Она окружена двухслойной жировой оболочкой — будущий клеточный скелет. Но главное — она хорошо принимает гостей (не переваривает их сразу). Кроме того, запас железа, необходимого для удвоения хромосом и деления клетки, уже имеется. Воедино могли сойтись протеобактерии, преобразующие органику в водород и двуокись углерода и нуждающиеся в этих газах метанообразующие архебактерии. (Так что все ныне живущее на Земле, включая людей, представляет собой лишь колонии бактерий.)
Еще в V веке до н. э. греческий философ Эмпедокл предположил, что носы, ноги, руки жили сначала отдельно друг от друга. Они встретились, срослись и превратились в животных. Так и разные ветви бактерий образовали тесные сообщества, из которых могли выйти готовые эукариотные организмы. Для того чтобы заставить различные, прежде обособленные бактерии жить вместе, потребовался лишь механизм управления разрозненной наследственной информацией.
Мир эукариот действительно представлял собой мир прокариот наоборот. Прокариоты, не отличаясь внешне, биохимически были очень разнородны. Они потребляют что угодно, будь то сероводород, азот или метан. Эукариоты ограничились только фотосинтезом и поеданием уже готовых запасов питательного вещества в виде других организмов. Но внешние различия у них просто поразительны. Достаточно назвать трех обычных эукариот, чтобы убедиться в этом: например, мухомор, таракан и человек.