Кратчайшая история Вселенной. От Большого взрыва до наших дней (в сверхдоступном изложении) - Дэвид Бейкер
Появление эукариотов
На этапе от 2,5 до 2 миллиардов лет назад некоторые формы микроорганизмов развили способность использовать для получения энергии кислород. Этот процесс называется дыханием. Вместо того чтобы преобразовывать в энергию воду и углекислый газ и выделять кислород в качестве отхода, как это делают фотосинтетики, дышащая, или аэробная, клетка получает O2, а выделяет воду и CO2. Микроскопические одноклеточные организмы начали поглощать кислород из атмосферы.
Два миллиарда лет назад обледенение Земли ухудшило условия для всего живого. Чтобы выжить, новые поедатели кислорода должны были быть сделаны из довольно прочного материала. Они превратились в эукариотов[8], имеющих радикально более сложную одноклеточную структуру, чем у прокариотов. На самом деле кислород дает клетке гораздо больше энергии, когда она развивается достаточно, чтобы его усваивать, так что топлива для эволюции хватало.
Эукариоты увеличились в размерах примерно в 10–1000 раз. Они по-прежнему оставались микроскопическими, однако самых крупных особей можно было бы разглядеть почти невооруженным глазом. В отличие от прокариотов они имели ядро, защищавшее их ДНК. Структура клетки оснастилась поддерживающим ее цитоскелетом (вспомните колышки палатки, удерживающие полотняный тент). Эукариоты принадлежали к домену разнообразных видов исключительной прочности. К тому же они демонстрировали определенное повышение структурной и энергетической сложности. Это позволило эукариотам пережить период оледенения.
Со временем вулканы прорвали ледяной покров Земли и начали закачивать углекислый газ обратно в атмосферу. Земля стала отогреваться. По мере таяния ледяных покровов углекислый газ, запертый в породах поверхности и морского дна, тоже начал выходить в атмосферу. Процесс пошел в обратном направлении. Фаза «Земля – снежный ком» на данный момент закончилась, а аэробные и анаэробные виды получили возможность развиваться.
Половое размножение эукариотов
После таяния «Земли-снежка» эукариоты обнаружили тысячи открывшихся для них новых ниш. Одни эукариоты продолжали дышать кислородом при помощи новой органеллы (крошечной структуры внутри одноклеточного организма) под названием митохондрия. Другие эукариоты эволюционировали, став фотосинтетиками, и вместо митохондрий имели хлоропласты. Первые были предками животных, вторые – предками растений. В нашей ДНК по меньшей мере 30 % общих генов со всеми представителями растительной ветви глобального генеалогического древа, будь то маргаритка или банан. Еще больше генов ДНК роднит нас с другими животными.
Примерно 1,5 миллиарда лет назад некая катастрофа и период экологического стресса (причина которого неясна) привели к недостатку питания для эукариотов. Кризис был региональным или, возможно, глобальным, но нехватка пищи привела к тому, что эукариоты начали поедать друг друга, выживая благодаря каннибализму.
Акты каннибализма в некоторых случаях, должно быть, приводили к случайному обмену ДНК. Короче говоря, этот процесс, в стиле Ганнибала Лектера[9], был первым в мире намеком на половые отношения. Вплоть до исторической отметки 1,5 миллиарда лет назад все эукариоты просто клонировали себя, как прокариоты. Но теперь некоторые эукариоты вступали в сексуальные отношения. Эволюционные преимущества полового размножения весьма значительны. Обмен ДНК серьезно увеличивает генетическое разнообразие. Частота мутаций ДНК удваивается, а смешение генов двух родительских клеток тоже может дать полезные результаты. Эволюция, таким образом, получает возможность двигаться более быстрыми темпами.
Первые эукариоты, способные к половому размножению, по-прежнему делились, как это обычно делают клетки. Однако вместо того, чтобы точно копировать всю свою ДНК, они воспроизводили только половину. Затем перед клеткой вставала задача найти «пару», чтобы, соединившись, набрать количество хромосом, необходимое для создания нового организма. Не нашедшие себе «пару» одноклеточные организмы погибали.
Этот процесс был настолько благоприятен для эволюции, что породил целый ряд новых тактик и форм поведения, а в конечном итоге и инстинктов. Как только организмы стали многоклеточными, они начали конкурировать за партнеров, что повлияло на эволюцию поведения всего вида. Половое влечение и стремление к продолжению рода стало настолько сильным инстинктом, что превратилось в один из основных побудительных мотивов жизни: жить достаточно долго, чтобы привлечь полового партнера и размножиться. Роль полового влечения в эволюции так велика и всеобъемлюща, что оно сформировало подавляющее большинство характерных черт сложных видов и их инстинктов (в результате сделав живые организмы довольно фрейдистскими). У людей оно определило то, как мы поступаем, обосновываем цели, расставляем приоритеты, и даже то, как мы сформировали свои культуры и сообщества.
Последнее оледенение (будем надеяться)
Ситуация, когда фотосинтетики закачивали в атмосферу слишком много кислорода, повторялась в течение последнего миллиарда лет. Положение становилось особенно угрожающим, когда вулканическая активность была недостаточно велика, чтобы уравновесить кислород, закачивая в атмосферу углекислый газ. В результате за последний миллиард лет Земля еще два раза превращалась в снежный ком – не так, как в ледниковый период, а так что слой льда полностью покрывал планету. Первый такой случай произошел примерно 700 миллионов лет назад, второй начался 650 миллионов лет назад и закончился 635 миллионов лет назад.
Последняя фаза «Земли-снежка» повлекла за собой новый период кризиса на нашей планете. Те эукариоты, что эволюционировали до полового размножения, смогли быстрее адаптироваться к более суровым условиям. Часть из них стали жить колониями, где различные микроорганизмы выполняли разные функции в виде симбиоза, что позволяло всем членам колонии выживать в условиях экстремального холода.
Последний период «Земли-снежка» придал мощный импульс развитию симбиоза. Эукариоты уже не просто сосуществовали в колониях. Каждая отдельная группа микроорганизмов так приспособилась выполнять свои обязанности в сообществе, что один вид эукариотов уже не мог жить без другого. Таким образом, под давлением условий последнего оледенения, появились первые многоклеточные организмы (прародители растений, животных и грибов).
Многоклеточность
Наступает момент, когда симбиоз между одноклеточными организмами становится настолько глубоким, что переходит в многоклеточность. Например, у вас просто нет никакого симбиоза с клетками вашей печени: она не ползет за вами по земле, когда вы идете в магазин. Печень является неотъемлемой частью вашего организма до такой степени, что вы фактически являетесь одной структурой, единым организмом.
Многоклеточный организм – это совокупность множества триллионов клеток, каждая из которых формируется ДНК, чтобы действовать по-разному, выполняя определенную функцию, и вместе с подобными клетками образует орган. Сами органы собраны в структуру сложных сетей, таких как кровеносная, дыхательная и пищеварительная системы.
Чтобы дать вам представление о масштабах разнообразия, отметим, что одно человеческое тело состоит примерно из 37 триллионов клеток, а в галактике Млечный Путь всего около 400 миллиардов звезд. Таким образом, в одном человеческом теле находится примерно 92,5 галактики отдельных
