Биология как наука 2 (стр. 7 из 7)

Происхождение эукариотных растений

Первичные эукариоты были одноклеточными животными. Они питались, захватывая и переваривая другие микроскопические организмы.

Одним из магистральных направлений их эволюции стало приобретение фотосинтезирующих симбионтов, которые превратились в органеллы, обеспечивавшие синтез органических веществ из углекислого газа и воды за счёт энергии солнечного света. Этот путь привёл к появлению различных групп эукариотных растений, то есть автотрофных фотосинтезирующих организмов. Они не родственны друг другу и возникли в результате симбиоза хищных протистов (простейших или их колоний) с различными фотосинтезирующими организмами.

В нескольких случаях симбионтами хищных эукариот стали цианобактерии — сине-зелёные водоросли, самая распространённая (по крайней мере в современной биосфере) и, возможно, самая древняя группа фотосинтезирующих прокариот. Их несомненными потомками являются фотосинтезирующие органеллы(хлоропласты) красных водорослей. Они окружены только двумя мембранами, имеют собственную кольцевую ДНК и рибосомы прокариотного типа и содержат типичные для цианобактерий хлорофилл „а“ и специфические пигменты цианобактерий — фикобилины. Красные водоросли в настоящее время широко распространены в морях нашей планеты. Они способны существовать на глубинах в несколько сот метров, но живут и в приливно-отливной полосе, а некоторые виды обитают и в пресных водах. Возможно, красные водоросли — самая древняя группа эукариотных растений. Об этом говорит полное отсутствие в их жизненном цикле жгутиковых стадий (даже их сперматозоиды — безжгутиковые), что позволяет предположить, что предки этих водорослей отделились от остальных эукариот ещё до приобретения жгутиков.

Впрочем, красные водоросли — не единственная группа, использующая потомков цианобактерий в качестве симбионтов. У одноклеточных жгутиконосцев — глаукофитов (совсем не родственных красным водорослям)фотосинтезирующие органеллы так и называются — цианеллы. Они даже сохраняют характерную для цианобактерий муреиновую оболочку (т.е. механически прочный элемент клеточной стенки). Тем не менее цианеллы — настоящие симбионты, которые не могут жить отдельно от хозяина. Даже их геном — кольцевая ДНК — приблизительно в 10 раз короче, чем у свободноживущих цианобактерий. Это означает, что и в данном случае значительная часть белков цианелл кодируется в ядерном геноме хозяина.

Мир эукариотных растений отнюдь не ограничивается красными и зелёными водорослями. В современной биосфере процветают различные группы организмов с золотисто-бурыми хлоропластами. Одноклеточные и колониальные диатомовые водоросли, клетки которых защищены кремнезёмным панцирем, господствуют в Мировом океане, населяют пресные воды и влажную почву. Прибрежная зона моря заселена бурыми водорослями — фукусами, ламинариями и саргассами (последние могут выживать и в открытом океане — вспомните Саргассово море). Среди бурых водорослей встречаются настоящие гиганты. Например, у тихоокеанского побережья Южной Америки обитает самый крупный растительный организм планеты — макроцистис, достигающий 150 м в длину. В планктоне морских и пресных вод распространены фотосинтезирующие жгутиконосцы — золотистые водоросли и криптомонады.

Хлоропласты золотистых, диатомовых и бурых водорослей содержат хлорофиллы „а“ и „с“ и почему-то окружены 4 мембранами.

Их происхождение помогло понять строение криптомонад — небольшой группы жгутиконосцев, хлоропласты которых тоже имеют хлорофиллы „а“ и „с“, окружены 4 мембранами, причём между второй и третьей имеется маленькое эукариотное ядро — нуклеоморф, а внутри пространства, ограниченного последней, четвёртой мембраной находится кольцевая ДНК. Такое строение позволяет предполагать, что хлоропласты криптомонад возникли в результате двойного симбиоза. Сначала некий хищный протист приобрёл в качестве симбионта золотистую бактерию с хлорофиллами „а“ и „с“, а потом сам стал симбионтом криптомонады. В хлоропластах бурых, диатомовых и золотистых водорослей нуклеоморфа уже нет, хотя они по-прежнему окружены 4 мебранами, что говорит о более глубокой интеграции симбионта и хозяина.

Хлоропласты приобретены различными группами эукариотных растений независимо друг от друга, и предками хлоропластов были разные свободноживущие организмы: в одних случаях ими были бактерии (зелёныеили сине-зелёные), а в других — эукариотные простейшие.

Эукариотные организмы — простейшие, различные группы растений, грибы и многоклеточные животные — доминируют в современной биосфере. Однако все они несут в своих клетках симбионтов — потомков древних свободноживущих бактерий. Только благодаря им эукариотные организмы способны жить в кислородной атмосфере и использовать энергию солнечного света для синтеза органических веществ. Так может быть, на самом деле эукариоты вовсе не доминируют в биосфере, а им это только кажется? Сторонник теории симбиогенеза американский биолог Л. Томас как-то сказал: „Обычно на митохондрии смотрят как на порабощённые существа, взятые в плен, чтобы снабжать АТФ клетки, и не способные дышать самостоятельно. С этой рабовладельческой точки зрения смотрят на дело и солидные биологи, которые сами — все эукариоты. Но с точки зрения самих митохондрий они — существа, которые давным-давно нашли для себя лучшее из возможных пристанищ, где можно жить, затрачивая минимум усилий и подвергаясь наименьшему риску“.

Мы не должны забывать, что в каждой клеточке нашего тела живут крошечные потомки древних оксифильных бактерий, которые прокрались в организм наших далёких предков 2 млрд. лет назад и продолжают существовать в нас, сохраняя собственные гены и свою особую биохимию. Другая цитата Л. Томаса: „Вот они движутся в моей цитоплазме, дышат для нужд моего тела, но они — чужие. Мне жаль, что я не могу познакомиться с моими митохондриями поближе. Когда я сосредоточусь, я могу представить, что ощущаю их; не то чтобы я чувствовал, как они извиваются, но время от времени я воспринимаю какой-то трепет. Я не могу отделаться от мысли, что если бы я знал больше о том, как они достигают такой гармонии, я бы по-другому понимал музыку“.

4. Многофункциональность простейших, особенности организации, понятие жизненного цикла

Простейшие – организмы на клеточном уровне организации, они имеют микроскопические размеры. Исследования показали, что простейшие – сборная группа, в которой можно выделять несколько типов, объединенных в подцарство. По строению клетка простейших гомологична клетке многоклеточных, но представляет собой самостоятельный организм и выполняет более разнообразные функции, что проявляется в формировании специализированных органелл, многоядерности и сложных жизненных циклах.

Рис.3. Пелликула и жгутик эвглены (сканирующая электронная микроскопия)

Организация клетки простейших

Как у всех эукариот, клетка простейших ограничена снаружи плазматической мембраной (ее подвижность можно видеть на примере амебы). У простейших с более постоянной формой тела под мембраной расположена система уплощенных мембранных мешочков – пелликула, ее наружная поверхность может иметь определенную скульптуру. Под пелликулой расположены микротрубочки, выполняющие опорную функцию, и микрофиламенты, обеспечивающие сокращение тела. Кроме того, у простейших могут быть наружные или внутренние скелетные структуры, органические (целлюлоза или хитин) и минеральные (углекислый кальций, кремнезем или сернокислый стронций).

Жгутики и реснички используются для захвата пищи и передвижения. Они имеют одинаковое строение, но различаются характером движения: жгутики вращаются и тянут клетку за собой, реснички совершают волнообразные движения в одной плоскости. Для каждого вида простейших их расположение и число специфично.

Сократительная вакуоль собирает жидкость по системе приводящих каналов и, периодически сокращаясь, выбрасывает ее через пору наружу. Основные функции – осморегуляция, выделение продуктов обмена и дыхание.

Специфичными для простейших органеллами являются экструсомы – окруженные мембраной органеллы, которые выбрасывают свое содержимое в ответ на различные раздражения (например, трихоцисты инфузории-туфельки служат для защиты, токсицисты хищных инфузорий – для нападения).

Простейшие могут иметь одно или несколько ядер. Часто в жизненном цикле по мере роста клетки увеличивается и количество ядер: формируются многоядерные стадии. Ядра могут быть диплоидными, гаплоидными или полиплоидными.

Список литературы

1. Прокариотические и эукариотические клетки (Т.А. Козлова, В.С. Кучменко. Биология в таблицах. М.,2000).

2. Б.Албертс, Д.Брей, Дж.Льюис, М.Рэфф, К.Робертс, Дж.Уотсон. "Молекулярная биология клетки", 2-е издание, "Мир", 2004.

3. С.Бейкер. Камень преткновения.Верна ли теория эволюции? – М., «Протестант», 1992.

4. Гилберт С. Биология развития 3 томам., "Мир", 1993г.

5. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д., Биология 3 тома, М, "Мир", 1990г.

6. Дубинин Н.П. Новое в современной генетики М, "Наука", 2004г.

7. Биологический энциклопедический словарь..- М., Советская энциклопедия, 1989 г.

8. Аристотель. История животных. – М., - РГГУ. - Российская Академия Наук. – 1996г.

9. А.Азимов. Краткая история биологии. – М., - Мир. – 1967г.

10. Рожанский И.Д. Античная наука. – М., - Наука. – 1980 г.

11. Чеховская Т., Щербаков Р. – Ошеломляющее разнообразие жизни. – М. - Знание. – 2000 г.