Зарождение жизни. Прокариотная биосфера.
Your browser does not support inline frames or is currently configured not to display inline frames.
Картина Николая Ковалева "Доисторический пейзаж". Щелкните, чтобы увеличить.
Зарождение жизни. Прокариотная биосфера.
| Пожалуй, самый удивительный факт, открытый палеонтологами, состоит в том, что следы жизни присутствуют уже в самых древних породах земной коры. Похоже, жизнь появилась почти одновременно с Землей, или, по крайней мере, наша планета оставалсь безжизненной очень недолго (см. схему периодизации истории биосферы по А.Ю.Розанову, 2002). Уже 3,5 млрд. лет назад, возможно, существовали фотосинтезирующие цианобактерии (сине-зеленые водоросли), а ведь это весьма сложные организмы. С точки зрения сложности организации, пропасть между неживым "первичным бульоном", каким бы он ни был, и прокариотическими организмами (бактериями) не меньше, а скорее больше, чем между бактериями и млекопитающими. Ранние, самые важные, этапы становления жизни: возникновение генетического кода, систем репликации, транскрипции и синтеза белка, липидных мембран – все эти великие ароморфозы не оставили никакого следа в палеонтологической летописи и могут реконструироваться только теоретически. Разброс противоречивых мнений, гипотез пока очень велик. Общее впечатление такое, что исследователи блуждают во мраке (см. подброрку статей в конце этой страницы). Единственная мысль, которая в последнее время более-менее прижилась, состоит в том, что самые первые живые организмы могли быть построены только из РНК (в отличие от современных, построенных из ДНК, РНК и белков). Дело в том, что только РНК способна выполнять и информационные, и структурные, и каталитические функции. Наследием этого древнего этапа "РНК-жизни" остался тот удивительный факт, что у всех живых организмов в системе синтеза белка РНК участвует не только как носитель информации, но выполняет также структурную и транспортную функции (рибосомальная и транспортная РНК). Это действительно ОЧЕНЬ странно, ведь теоретически с этой работой вполне могли бы справиться белки, которые и выполняют в клетке всю подобную работу (когда нужно транспортировать или синтезировать какие-либо молекулы); белки прекрасно "умеют" и распознавать определенные последовательности нуклеотидов, прикрепляться к ним (это т.н. факторы транскрипции). В целом, несмотря на обилие гипотез, следует признать, что удовлетворительной теории возникновения жизни на сегодняшний день не существует. Хорошо уже то, что возникновение и развитие жизни благодаря открытиям И.Пригожина перестало "противоречить" законам физики (а ведь был период, когда казалось, что только Бог может противостоять Второму Началу Термодинамики)… | Весьма познавательная дискуссия автора сайта с креационистами по вопросу о возможности самопроизвольного зарождения жизни (там много новейших данных, обзор типичных возражений против теории абиогенеза и ответы на эти возражения) Появление жизни. Из кн. П.Т. де Шардена "Феномен человека" Происхождение жизни. Обзор из нового учебника К.Ю.Еськова. О происхождении жизни и древнейших этапах ее эволюции. Главы из популярной книги А.Ю.Журавлева. О происхождении жизни из кн. В.А.Красилова "Метаэкология" А.С.Спирин. Биосинтез белков, мир РНК и происхождение жизни А.С.Спирин. Рибонуклеиновые кислоты как центральное звено живой материи. В.В.Власов, А.В.Власов. Жизнь начиналась с РНК. Загадка начала жизни (из книги Ю.В.Чайковского). Популярный, современный обзор. Геохимический и биоценотический подход. Мои выписки и заметки на полях: здесь. А.Д.Кернс-Смит. Первые организмы. (кристаллы глины могли служить "матрицей" для возникновения первых организмов?) Мой доклад об эволюционном прогрессе, прочитанный на философском семинаре 18.11.2003 Обзор древнейших этапов эволюции жизни. Б.С.Соколов, М.А.Фелонкин, 1988. Г.А.Заварзин. Развитие микробных сообществ в истории Земли Г.А.Заварзин. Эволюция микробных сообществ (доклад) Г. А. Заварзин. Становление системы биогеохимических циклов. 2003. В.Н.Сергеев. Окремненные микрофоссилии докембрия. В.Н.Сергеев. Цианобактериальные сообщества на ранних этапах эволюции биосферы. А.Ф.Вейс. Органостенные микрофоссилии докембрия - важнейший компонент древней биоты А.Ю. Розанов. Ископаемые бактерии, седиментогенез и ранние стадии эволюции биосферы (2003 г. Палеонтологический журнал. В печати). A.Yu.Rozanov. Bacterial Paleontology (в статье - уникальные фотографии ископаемых бактерий) Наш фотоальбом по бактериальной палеонтологии |
современные строматолиты - слоистые минеральные образования,
Созданные сообществами микроорганизмов
Популярные статьи по происхождению жизни (с сервера института Цитологии и Генетики СО РАН). Все статьи - из журнала "Наука из первых рук", №0, 2004.
· Н.Добрецов «Чего мы знаем и чего не знаем об эволюции»
· В.Снытников В.Пармон «Жизнь создает планеты?»
· В.Пармон «Естественный отбор среди молекул»
· Н.Юшкин «Рожденные из кристаллов?»
· Г.Заварзин «Микробы держат небо»
Хронология древнейших этапов эволюции жизни по палеонтологическим данным
Дополнительные материалы: · Из классики: А. И. Опарин. ЖИЗНЬ, ЕЕ ПРИРОДА, ПРОИСХОЖДЕНИЕ И РАЗВИТИЕ. 1968 г.Эволюция прокариот по молекулярным данным
Авторы реконструировали эволюцию прокариот на основе последовательностей 32 белков, общих для 72 видов прокариот, относящихся ко всем основным… Датировки событий (моментов расхождений эволюционных линий - клад) делались… "Террабактерии" (предполагаемые первопоселенцы суши, = актинобактерии + цианобактерии) выработали адаптации,…Paleobiology of the Mesoproterozoic Billyakh Group, Anabar Uplift, northern Siberia.
Sergeev VN, Knoll AH, Grotzinger JP. Geological Institute, Russian Academy of Sciences, Moscow.Photosynth Res 1992;33:75-89
The oldest records of photosynthesis.
Awramik SM.
There is diverse, yet controversial fossil evidence for the existence of… Фотосинтез появился 3,5 млрд лет назад.Цитологическая, биохимическая литература по проблеме возникновения жизни. РНК-мир.
On the origins of cells: a hypothesis for the evolutionary transitions from abiotic geochemistry to chemoautotrophic prokaryotes, and from prokaryotes to nucleated cells. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 2003 Jan 29;358(1429):59-85 Martin W, Russell MJ.
Institut fur Botanik III, Heinrich-Heine Universitaet Dusseldorf, Universitatsstrasse 1, 40225 Dusseldorf, Germany.
All life is organized as cells. Physical compartmentation from the environment and self-organization of self-contained redox reactions are the most conserved attributes of living things, hence inorganic matter with such attributes would be life's most likely forebear. We propose that life evolved in structured iron monosulphide precipitates in a seepage site hydrothermal mound at a redox, pH and temperature gradient between sulphide-rich hydrothermal fluid and iron(II)-containing waters of the Hadean ocean floor. The naturally arising, three-dimensional compartmentation observed within fossilized seepage-site metal sulphide precipitates indicates that these inorganic compartments were the precursors of cell walls and membranes found in free-living prokaryotes. The known capability of FeS and NiS to catalyse the synthesis of the acetyl-methylsulphide from carbon monoxide and methylsulphide, constituents of hydrothermal fluid, indicates that pre-biotic syntheses occurred at the inner surfaces of these metal-sulphide-walled compartments, which furthermore restrained reacted products from diffusion into the ocean, providing sufficient concentrations of reactants to forge the transition from geochemistry to biochemistry. The chemistry of what is known as the RNA-world could have taken place within these naturally forming, catalyticwalled compartments to give rise to replicating systems. Sufficient concentrations of precursors to support replication would have been synthesized in situ geochemically and biogeochemically, with FeS (and NiS) centres playing the central catalytic role. The universal ancestor we infer was not a free-living cell, but rather was confined to the naturally chemiosmotic, FeS compartments within which the synthesis of its constituents occurred. The first free-living cells are suggested to have been eubacterial and archaebacterial chemoautotrophs that emerged more than 3.8 Gyr ago from their inorganic confines. We propose that the emergence of these prokaryotic lineages from inorganic confines occurred independently, facilitated by the independent origins of membrane-lipid biosynthesis: isoprenoid ether membranes in the archaebacterial and fatty acid ester membranes in the eubacterial lineage. The eukaryotes, all of which are ancestrally heterotrophs and possess eubacterial lipids, are suggested to have arisen ca. 2 Gyr ago through symbiosis involving an autotrophic archaebacterial host and a heterotrophic eubacterial symbiont, the common ancestor of mitochondria and hydrogenosomes. The attributes shared by all prokaryotes are viewed as inheritances from their confined universal ancestor. The attributes that distinguish eubacteria and archaebacteria, yet are uniform within the groups, are viewed as relics of their phase of differentiation after divergence from the non-free-living universal ancestor and before the origin of the free-living chemoautotrophic lifestyle. The attributes shared by eukaryotes with eubacteria and archaebacteria, respectively, are viewed as inheritances via symbiosis. The attributes unique to eukaryotes are viewed as inventions specific to their lineage. The origin of the eukaryotic endomembrane system and nuclear membrane are suggested to be the fortuitous result of the expression of genes for eubacterial membrane lipid synthesis by an archaebacterial genetic apparatus in a compartment that was not fully prepared to accommodate such compounds, resulting in vesicles of eubacterial lipids that accumulated in the cytosol around their site of synthesis. Under these premises, the most ancient divide in the living world is that between eubacteria and archaebacteria, yet the steepest evolutionary grade is that between prokaryotes and eukaryotes.
PMID: 12594918 [PubMed - in process]
Симбиоз автотрофной архебактерии с гетеротрофными эубактериями (митохондриями). Происхождение ядра: синтез "эубактериальных" мембран в рез-те экспрессии эубактериальных генов архебактериальным генетическим аппаратом, в среде (цитоплазме), которая не была к таким веществам подготовлена; пузырьки липидных мембран скапливались вокруг места их синтеза – получилось ядро. У архебактерий другие мембраны (isoprenoid ether membranes) чем у эубактерий (fatty acid ester membranes)
Появление жизни в микрополостях сульфида железа. Эти полости были вместо клеток. Поверхность минерала – катализатор. Когда появились мембраны, "это" смогло выйти наружу и жить самостоятельно. Мембраны появились независимо в двух линиях: будущих Археях и Бактериях. Это первое великое разделение жизни. А самое большое эволюционное преобразование (града) – появление эукариот.
Популярная заметка об этой теории (рус.)