Великие вымирания - Ли Чонмо

существовали только прокариоты, большинство бактерий были анаэробными. Слово «анаэробный» буквально означает «испытывающий отвращение к воздуху», а под воздухом в данном случае подразумевается кислород. То есть анаэробные бактерии не могут использовать кислород и получают энергию за счёт брожения (ферментации), которое гораздо менее эффективно, чем кислородное дыхание.

Я же, митохондрия, когда-то была аэробной археей[69]. Аэробный означает «любящий воздух», то есть кислород. Благодаря этому способу дыхания я могла вырабатывать гораздо больше энергии. Если ферментация производит всего 2 АТФ (энергетической «валюты» клетки), то аэробное дыхание даёт целых 32 АТФ.

Анаэробным бактериям было выгодно находиться рядом с аэробными археями. Дело в том, что кислород не только бесполезен для анаэробных бактерий при производстве энергии, но даже разрушает их гены и белки. Когда же рядом были аэробные археи, они перерабатывали кислород, что помогало бактериям выжить. Однако не всегда отношения были такими дружественными. Если ресурсов становилось слишком мало, анаэробные бактерии иногда просто «съедали» находящиеся поблизости аэробные археи. Ведь голод не тётка.

Решающий день в истории жизни наступил, когда одна анаэробная бактерия, будучи не в силах сдержать голод, проглотила несколько аэробных архей. Но – о чудо – аэробные археи на этот раз не переварились! Вместо этого они остались жить внутри анаэробной бактерии. И это оказалось выгодно для обеих сторон. Анаэробная бактерия получила защиту от кислорода, потому что её новые «жильцы» теперь его перерабатывали. Кроме того, у бактерии появился доступ к большому количеству энергии, которую производили аэробные археи. Для самих аэробных архей такое положение дел тоже оказалось выгодным – они могли переложить на бактерию-хозяина множество функций по выживанию, сосредоточившись только на выработке энергии. Так зародился симбиоз между анаэробами и аэробными археями.

Митохондрии в лёгочной ткани млекопитающих, увеличенные под микроскопом. Эти органеллы отвечают за дыхание и производство энергии в клетке

Аэробные археи, оказавшись внутри бактерии, со временем изменились и стали тем, что мы сегодня называем митохондриями.

Зарождение многоклеточной жизни

Симбиоз прокариотических клеток не был разовым событием. В этом процессе участвовали разные бактерии и археи, и в результате они превратились в нечто новое. Симбиотические организмы стали совершенно новыми существами – эукариотами. Доказательства бактериального симбиоза сохранились до наших дней: ДНК, находящаяся в ядре клетки, и ДНК внутри митохондрий совершенно разные, а митохондриальная ДНК передаётся только по материнской линии.

Прокариотическая клетка – это, по сути, один «мешочек». Её ДНК просто плавает в цитоплазме. Все процессы в такой клетке происходят в одном пространстве, потому что у неё нет ядерной мембраны. Именно поэтому такие организмы называют прокариотами. Но у эукариот всё иначе. Как видно из их названия, у них есть настоящее ядро. Их генетический материал спрятан в отдельный «мешочек» – ядро, окружённое ядерной оболочкой. Если у клетки есть ядерная мембрана – значит, перед нами эукариот.

Но это ещё не всё. В эукариотических клетках, помимо ядерной мембраны и митохондрий, есть и другие органеллы в форме мешочков, такие как эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи. Каждая из этих структур выполняет свою задачу. Изначально органеллы были самостоятельными бактериями или археями, которые потом вступили в симбиотические отношения и стали частью эукариотической клетки.[70]

Благодаря этим органеллам эукариоты смогли делать то, что прокариотам и не снилось. И главная заслуга в этом – моя, митохондрии. Я вырабатываю огромное количество энергии, которой эукариотическая клетка может распоряжаться, чтобы поддерживать сложную структуру и выполнять более сложные биологические процессы. Питательные вещества усваиваются лучше, отходы удаляются эффективнее. И всё это благодаря мне. Без меня специализированные органеллы просто не смогли бы функционировать должным образом.

Бактерии и археи произошли от LUKA – общего предка всех живых существ. Долгое время эти две группы развивались отдельно, но затем их пути снова пересеклись, и появился FECA – First Eukaryotic Common Ancestor, то есть первый общий предок эукариот. Так завершилось формирование трёх доменов жизни: бактерии, археи и эукариоты. Это случилось примерно 2 миллиарда лет назад.

Когда я, митохондрия, начала вырабатывать большое количество энергии, эукариоты пошли ещё дальше – они стали объединяться в многоклеточные организмы. Не удовлетворившись специализацией органелл, они перешли к специализации целых клеток. Так одноклеточная жизнь уступила место многоклеточной. Это произошло примерно 1,5 миллиарда лет назад.

В многоклеточном организме клетки распределили между собой разные функции. Одни отвечали за передвижение, другие – за восприятие окружающей среды, третьи – за защиту, а четвёртые – за питание. Со временем клетки, выполнявшие одну и ту же задачу, стали объединяться в ткани, ткани – в органы, а органы – в целые системы.

Так возникли водоросли, грибы и первые прародители будущих растений и животных. С появлением разнообразных эукариот ареал обитания жизни расширился от океанских глубин до горных вершин. Конечно, для этого понадобилось ещё несколько сотен миллионов лет.

Благодаря митохондриям эукариоты эволюционировали и подготовились к превращению в животных и растения. Ареал обитания жизни расширился от океанских глубин до горных вершин, что привело к формированию современного облика природы

Но всё началось именно с меня, потому что я стояла у самых истоков этого процесса. Благодаря мне – крошечной митохондрии – стало возможным появление и развитие жизни на нашей планете.

Начало эволюции: появление полового размножения

На заре жизни секса не существовало, потому что не было ни самцов, ни самок. Всё размножение происходило бесполым путём. Если условия были благоприятными, клетки просто делились. Одна клетка превращалась в две. Неважно, становилась ли одна клетка двумя или две становились четырьмя, – генетических различий между исходной клеткой и её копиями не было. Потомков как таковых тоже не существовало. Ведь если одна клетка делится на две, то кто из них родитель, а кто ребёнок? Это был бесконечный цикл скучного однообразного самокопирования.

Эукариоты тоже могли размножаться бесполым способом. Однако половое размножение давало важные эволюционные преимущества – устойчивость к изменениям и генетическое разнообразие. Поэтому в ходе эволюции природа стала отдавать предпочтение организмам, способным к половому размножению. Но эти преимущества не появились просто так – они достались дорогой ценой.

Бесполое размножение не требует особых затрат. Вам не нужно искать партнёра. Не нужно тратить силы на то, чтобы хорошо выглядеть, дарить подарки или биться насмерть с соперниками за право спариться с партнёршей. Просто клонируй себя – и готово. Это очень экономичный и безопасный способ размножения. А вот половое размножение требует огромных затрат. Во-первых, две особи должны были найти друг друга,