Необычная окаменелость из Китая говорит о том, что первые многоклеточные существа появились на Земле примерно 1,56 миллиарда лет назад, почти на миллиард лет раньше, чем считалось ранее, пишут ученые в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Найденные первые многоклеточныеСегодня ученые считают, что жизнь могла появиться на Земле уже три миллиарда лет назад, однако первые 2,5 миллиарда лет своего существования она провела исключительно в одноклеточной форме. Первые многоклеточные существа предположительно появились лишь 600-650 миллионов лет назад, во время эдиакарского периода, и об их жизни, благодаря почти полному отсутствию их останков, мы почти ничего не знаем.

Шисин Чжу (Shixing Zhu) из Университета геологических наук Китая в Вухане и его коллеги из Норвегии и США проводили раскопки на севере Китая, где залегают породы формации Гаоюйчжуан, сформировавшиеся в середине протеозойской эры, примерно 1,5-1,6 миллиарда лет назад.

Изучая эти породы, ученые натолкнулись на необычные залежи "угля" – пород, состоявших преимущественно из углерода, указывавшего на их органическое происхождение. Заинтригованные палеонтологи изучили их структуру при помощи Рамановского спектрометра и нескольких микроскопов, после чего попытались понять, какие микробы могли их оставить.

К их большому удивлению, данный "уголь" был сформирован не из останков одноклеточных существ, а из достаточно крупных и однозначно многоклеточных "прото-животных" или "прото-растений", чья длина могла достигать десяти, двадцати и даже тридцати сантиметров. По своей форме они больше всего напоминали отпечатки водорослей, растущих на небольших глубинах у берегов морей и океанов.

В отличие от большинства водорослей, являющихся одноклеточными представителями жизни, данные существа, пока не получившие имя, были однозначно многоклеточными. В пользу этого говорит большой размер их клеток и "бесшовный" характер соединений между ними, говоривший о том, что они представляли единое целое, а не "конфедерацию" из фактически независимых клеток.

Как предполагают исследователи, найденные ими существа были все же ближе к растениям, чем к животным, так как они умели фотосинтезировать – на это указывают останки структур, похожих на хлоропласты растений. В них было всего два типа тканей – "обычные" клетки, вероятно занимавшиеся фотосинтезом, и особые структурные клетки, поддерживавшие лист "растения".

Тем не менее, по словам Чжу и его коллег, не стоит сразу относить данную находку к числу растений – для определения ее положения на древе эволюции у ученых пока нет достаточного количества данных. С другой стороны, открытие данных "водорослей" позволяет говорить о том, что многоклеточные существа на Земле появились как минимум на миллиард лет раньше, чем произошел "кембрийский взрыв", который мы считали отправной точкой эволюции предков всех растений и животных.

Источник: РИА Новости

Больше – действительно значит лучше. Во всяком случае, так было в докембрийские времена, когда первые многоклеточные организмы вступили в жестокую борьбу за существование с прежними властителями Земли – плотными бактериальными сообществами.

Дно эдиакарского моря. Реконструкция: John Sibbick Исследовательская группа NASA похоже, нашла ответ на вопрос, почему на заре жизни примитивные микроскопические существа эволюционировали в более крупных животных. Большие рост и размер давали первым многоклеточным явные преимущества перед основными их конкурентами в борьбе за продовольственные ресурсы – бактериальными колониями, уверены американские и канадские ученые.

Группа смоделировала течения, существовавшие в мировом океане примерно 580 млн лет назад. Именно вода была в те времена основным источником необходимых для жизни веществ – минералов, кислорода и прочего. Поэтому, разобравшись с тем, что происходило с течениями, можно понять и почему живые существа вдруг стали быстро увеличиваться в размерах.

Основными объектами, которые исследовали палеонтологи в ходе своей работы, стали рангеоморфы – напоминавшие перья или щетки первые многоклеточные создания, встречающиеся довольно широко по всему миру и достигавшие размеров от нескольких миллиметров до десятков сантиметров. Они жили на экстремальных глубинах, где полностью отсутствовали возможности для фотосинтеза, уточнил ведущий автор исследования Дэвид Джейкобс, профессор эволюционной биологии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

Сложные поверхности рангеоморфов убеждает в том, что они поглощали необходимые им для жизни вещества прямо из морской воды, пишет UCLA Newsroom. Так же действовали и бактерии, с которыми первым многоклеточным пришлось конкурировать. Как оказалось, более крупные многоклеточные, приподнимаясь над морским дном, получали лучший доступ к ресурсам, переносимым придонными течениями. Более того, крупные скопления многоклеточных могли оказывать на эти течения определенное влияние, еще серьезнее улучшая условия своей жизни.

Самые высокие представители эдиакарской биоты, которую исследовало NASA, могли достигать метра и более в высоту, то есть обладали размерами, вполне сопоставимыми с современными живыми существами. В то же время бактериальные пленки – прежние обитатели донных пространств, были заключены в «двумерную плоскостную клетку», и не имели возможности дотянуться до более богатых ресурсами слоев течений.

После того, как эдиакарские многоклеточные получили преимущества в доступе к жизненно важным веществам, они смогли направить их на дальнейшее увеличение своих размеров, окончательно закрепив эволюционный успех, уверены исследователи.

"Науке всегда было сложно объяснить, как и почему ранние формы многоклеточных стали увеличиваться в размерах, – рассказал профессор университета Торонто Марк Лафламм. – Наше исследование позволяет прояснить вопрос о том, как из мира, в котором правят микроскопические бактерии, мы попали в сегодняшний мир современных растений и животных. Также мы смогли объяснить некоторые эволюционные механизмы кембрийского взрыва".

Источник: PaleoNews

Переход от одноклеточной формы организации к многоклеточной в эволюции жизни совершался неоднократно — считается, что около двадцати пяти раз. В связи с этим многие исследователи полагают, что причин у такого процесса могло быть множество. К примеру, клетки могут объединяться для защиты от хищника (считается, что это главная причина многоклеточности у зелёных водорослей). Или же клетки собираются, потому что им так проще расселяться и размножаться (случай слизевиков).

Многоклеточные колонии слизевиков образуются при агрегации неродственных клеток. (Фото Carolina Biological.)Но достаточно ли одной причины, чтобы клетки объединились? Исследователи из Оксфорда (Великобритания) полагают, что другим важным фактором тут служит генетическое родство клеток. Действительно, группа может образоваться не только из родственников; для защиты от хищников могут объединиться индивидуумы, которые генетически друг другу никто (разве что все они относятся к одному виду). Однако именно родственные отношения позволили появиться на свет некоторым хорошо известным особенностям многоклеточных организмов.

«Школьный» пример примитивного многоклеточного — водоросль вольвокс, чьи колонии образуются путём последовательного деления одной исходной клетки. (Фото Kage-Mikrofotografie.)Роберта Фишер, один из авторов интересующей нас статьи в журнале Current Biology, сравнивает формирование многоклеточных связей с образованием социальной группы у насекомых. Клетки, по её словам, вступают между собой в такие же отношения, как и муравьи в муравейнике или пчёлы в улье. У многоклеточных организмов, как всем известно, разные группы клеток выполняют разные функции — подобно кастам у социальных насекомых.

Но у муравьёв и пчёл все члены колонии приходятся друг другу родственниками. Вот и у клеток, по мнению исследователей, появление дифференцированных групп возникло благодаря генетическому родству между многоклеточными колонистами. В этом случае клетке относительно легко отказаться от самостоятельного размножения и передать эту функцию другим. А именно так и обстоят дела, к примеру, в человеческом организме: у нас есть доля половых клеток, от которых зависит передача генетической информации следующему поколению, а все остальные клетки, грубо говоря, находятся у них на посылках.

Отсюда авторы делают такой вывод: по крайней мере одним из преимущественных вариантов появления многоклеточных организмов было объединение потомков одной родительской клетки, то есть клонов. В союзе клонов проще появиться разным клеточным «кастам», в том числе таким, которые утратили способность размножаться самостоятельно. То есть одной из мощнейших сил, двигавших одноклеточных по направлению к многоклеточности, был родственный альтруизм.

Однако сами учёные подчёркивают, что это не единственный способ. Они проанализировали 168 видов, находящихся как бы на пороге между двумя состояниями, и среди них попадались такие, что образовывали многоклеточные колонии агрегацией неродственных друг другу клеток (вроде тех же слизевиков). Кроме того, многоклеточность — вовсе не неизбежный вариант развития: случается, что преимущества одноклеточной жизни перевешивают прелести жизни многоклеточной, поэтому то разным организмам приходится соотноситься только с собственными индивидуальными условиями и оценивать лишь личную выгоду от того или иного варианта.

 Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Год назад исследователи из Миннесотского университета (США) сообщили о том, что им удалось воссоздать переход от одноклеточных организмов к многоклеточным. В статье, опубликованной в январе 2012-го, Уильям Рэтклифф и его коллеги описывали, как пекарские дрожжи образовывали кластеры, которые демонстрировали признаки единого организма. Условием отбора работала гравитационная сила: чем крупнее был кластер, тем быстрее он садился на дно. Учёные попросту отбирали те линии клеток, которые раньше других оказывались на дне.

Кластер дрожжей перед размножением; красным выделены погибшие клетки, по которым пройдёт линия деления. (Фото авторов работы.)В новой статье, опубликованной в журнале Evolution, та же группа учёных сообщает, до каких пределов доходит стремление дрожжей оставаться вместе. Понятно, что бесконечно расти такие кластеры не могут и в какой-то момент появление новых клеток в колонии должно прекратиться. Чтобы проверить это, исследователи просто продлили свой первоначальный эксперимент: на сей раз опыт шёл не неделю, а 227 дней.

Сначала кластеры дрожжей увеличивали свой вес за счёт появления новых клеток. Но через 65 дней дрожжи меняли стратегию: теперь они стремились сложиться в более сферические, более обтекаемые формы с минимумом выростов и выступов, которые замедляли бы оседание на дно. При этом число клеток уже не росло, то есть дрожжи старались опуститься не за счёт увеличения веса, а с помощью гидродинамических уловок. Среднее же число клеток в кластере к концу эксперимента было около 114 (тогда как через неделю после начала эксперимента кластеры насчитывали около 42 клеток).

Эволюция от первых многоклеточных происходила в древних морях и океанах, и потому, кроме гравитации, на первых многоклеточных действовали и гидродинамические силы. В какой-то момент стало понятно, что задачу быстрого оседания можно решить не столько за счёт увеличения размеров и веса, сколько с помощью оптимизации собственной гидродинамики. И что добавление новых клеток может эту гидродинамику, чего доброго, испортить. А не слишком большое число клеток как раз позволяло принять удобную с точки зрения гидродинамики форму и быстро упасть на дно, подальше от хищников.

Возможно, в дальнейшем, когда строение многоклеточных стало усложняться, предшественники тканей и органов стали возникать как раз из таких вот «модулей», насчитывавших сотню-другую клеток. По крайней мере так могло происходить, пока гидродинамические силы не потеряли своего значения. Однако при всех подобных гипотезах следует помнить, что это лишь предположения, которые нам сегодняшним кажутся более или менее достоверными: что именно происходило на Земле во времена первых многоклеточных, мы знать не можем.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Учёные обнаружили окаменевшие останки возрастом 2 миллиарда лет, которые могут принадлежать самым старым из известных многоклеточных организмов. Статья с сообщением об открытии появилась в журнале Nature. Коротко о работе пишет портал Nature News.

Первые многоклеточныеСпециалисты нашли останки в Габоне (Западная Африка) в породе возрастом 2,1 миллиарда лет. Ученые исследовали находку при помощи компьютерной томографии, масс-спектрометрического и химического анализов и пришли к выводу, что она представляет собой не артефакт породы, а останки неизвестных многоклеточных организмов. Плоское тело этих существ по краям разделялось на лопасти, а его длина составляла от 7 до 120 миллиметров.

Исследователи уверены, что найденные ими существа - это именно многоклеточные организмы, в клетках которых есть ядро (ученые называют такие организмы эукариотами), а не колонии бактерий. Доказательством такой точки зрения может считаться наличие в окаменелостях следов стеролов - полициклических спиртов, которые характерны для мембран эукариот.

Авторы работы полагают, что найденные ими существа появились вскоре после насыщения атмосферы Земли кислородом, произошедшего около 2,4 миллиарда лет назад и получившего название Кислородной катастрофы. До сих пор считалось, что первые многоклеточные организмы появились намного позже - около 1,4 миллиарда лет назад (останки предположительно многоклеточного существа такого возраста - Grypania spiralis - были найдены в Индии). Ученые полагали, что расцвет и распространение многоклеточных организмов по планете произошли не ранее кембрийского периода, который начался 542 миллиона лет назад.

Ценность габонской находки признают не все специалисты. Некоторые палеонтологи считают, что обнаруженные учеными структуры - это всего лишь образования минерала пирита необычной формы.

Недавно другой коллектив исследователей опубликовал работу, в которой были приведены доводы, сдвигающие еще одну временную веху в эволюции многоклеточных на 40 миллионов лет назад. Ученые обнаружили в Китае эмбрионы, строение тела которых являлось более сложным, чем строение тела большинства других многоклеточных того времени.

Источник: Lenta.ru

Подимперия: Клеточные организмы

Эволюция клеточных организмов

Появление первых клеточных организмов: более 4 млрд лет назад

Первые простейшие одноклеточные организмы (прокариоты) появились более 4 млрд лет назад. Недавно в самых древних на Земле осадочных породах времен архея, найденных в юго-западной части Гренландии, были обнаружены следы сложных клеточных структур, возраст которых составляет по крайней мере 3,86 млрд лет.

Рис. 1. Колония цианобактерий в фумароле вулкана Дзендзур. Камчатка. (Фото Антоненко А.С., Мир дикой природы)По одной из теорий около 4,1 - 3,6 млрд лет назад во времена эоархейского периода из существовавшего в то время разнообразия одноклеточных живых существ (прокариот) (рис. 1) проживавший тогда первый наш общий предок разделился на несколько ветвей, которые в последствии в свою очередь разделились на ныне существующие царства (животных, растений, грибов, протистов, хромистов, бактерий, архей и вирусов). Со временем остальные жители того периода не выдержали с ними конкуренции и исчезли с лица Земли.

По другой теории - как такового общего предка не существовало, а первые обитавшие в то времы простейшие с помощью горизонтального переноса генов между собой, постояно эволюционировали. Предполагается, что на самых ранних этапах эволюции существовало некое общее генное "коммунальное хозяйство". Картина эволюционных связей в мире предковых прокариот представляла собой не столько дерево, сколько своего рода мицелий с переплетенной сетью горизонтальных переносов в самых разнообразных и неожиданных направлениях. По мере усложнения организмов и развития механизмов полового размножения и репродуктивной изоляции горизонтальный перенос становился более редким явлением (рис. 2). В это же время благодаря вирусам-бактериофагам у бактерий появляется и простейшая имуная система [1].

В это же время произошёл симбиогенез - митохондрии и пластиды в виде существовавших в те времена самостоятельных одноклеточных организмов вошли в состав более крупной клетки став эндосимбионтами. Постепенно они утратили способность к самостоятельному существованию и превратились в органоиды. Развиваясь совместно,  эндосимбионт постепенно оттачивал одно умение — синтез АТФ. Внутренняя клетка уменьшалась в размерах и передавала часть своих второстепенных генов в ядро. Так митохондрии оставили у себя лишь ту часть исходной ДНК, что была им необходима для работы в качестве "живой электростанции" [2].

Рис. 2. Эволюционное дерево отображающее горизонтальный перенос генов

Это привело к появлению в палеопротерозойской эре (более 2 млрд. лет назад) первых эукариотов обладающих ядром и явившихся предками современных животных, растений, протистов и хромистов.

Последующие почти 1,5 млрд лет на нашей планете безукоризненно царствовали одноклеточные организмы, пока в эдикарском периоде около 630 млн. лет назад не появились первые многоклеточные существа. Первоначально в многоклеточные структуры объединялись простейшие хоанофлагеллаты, которые, как полагают, стоят на грани между одноклеточностью и многоклеточностью, образуют зародышеобразные колонии только с помощью бактериального липида, который получают из съеденных бактерий [3]. Следующим щагом было появление в этом же периоде первых настоящих многоклеточных макроогранизмов - эти организмы появились на Земле сразу после Мариноанского оледенения – одной из стадий глобального оледенения, когда нашу планету в течение многих миллионов лет сплошь покрывали льды. Таких необычных форм в природе не появится уже никогда. В основном это мягкотелые организмы, состоящие из отдельных фракталов. Размеры их тела варьировались от одного сантиметра до одного метра. Выглядели они настолько необычно, что долгое время ученые спорили, к какому царству – растений или животных их можно отнести.

Рис. 3. Силурийское мелководьеОколо 480-460 млн лет назад в силурийском периоде на суше появились первые растения (по другим данным это произошло в верхнем кембрии 499-488 млн. лет назад), а еще спустя 50 млн лет в девонском периоде вслед за растениями на сушу вышли и первые животные (хотя существуют некоторые данные, показывающие, что первые сухопутные животные жили в силурийском (рис. 3) или даже вендском периодах). После этого начало бурное развитие всевозможных живых существ потомками, которых являемся и мы [4].

Разделение классификации:

Современное учение об эволюции представляет собой сложнейший сплав самых разных биологических дисциплин, от старых и уважаемых систематик животных и растений до новейшей молекулярной биологии. Что бы ни появлялось нового в смысле концепций, теорий и методов, эволюционное учение попробует это применить к своему предмету. Предмет же эволюционного учения сложен чрезвычайно, ведь теория эволюции изучает саму жизнь в её самых универсальных проявлениях, в развитии и взаимоотношениях с неживой природой. (Хотя мы допускаем, что с научной точки зрения такое определение предмета теории эволюции будет не вполне строгим.) В этом смысле можно сказать, используя уже весьма подзатёртое сравнение, что теория эволюции — это царица биологии.

Схема молекулы рибозима. С похожих молекул могла начаться жизнь на Земле (рисунок Laguna Design).И, разумеется, не проходит и года, чтобы биологи-эволюционисты не придумали, не подправили, не опровергли какую-нибудь из эволюционно-экологических закономерностей. Уходящий год не стал исключением, и тут, пожалуй, следует начать с концепций и гипотез, касающихся происхождения жизни — вечной темы, что волнует умы не только учёных мужей, но и весьма далёких от науки представителей рода человеческого. (Опять-таки в скобках заметим, что вопросы происхождения жизни, возможно, в теорию эволюции не входят, но мы их сюда на свой страх и риск включили, исходя из, может быть, весьма наивного соображения: ведь должна же эволюция жизни с чего-то начинаться!) Любая гипотеза о происхождении жизни должна объяснять несколько важных моментов: во-первых, живой организм должен копировать и передавать наследственную информацию; во-вторых, он должен быть отделён от окружающей среды мембраной или чем-то подобным; в-третьих, у него должен быть какой-никакой метаболизм, чтобы строить биомолекулы и самого себя из этих биомолекул.

Как известно, одной из самых популярных гипотез, объясняющих появление механизма сохранения и передачи информации в живых системах, стала гипотеза мира РНК. Наследственной информацией у нас заправляют нуклеиновые кислоты, но — только с помощью белков. Однако после открытия рибозимов стало понятно, что иногда нуклеиновые кислоты могут обходиться и без помощи белков. Это и подтолкнуло создание гипотезы мира РНК. Согласно ей, первыми молекулами на Земле были РНК, которые сами себя копировали, а уже потом к ним присоединились ДНК и белки, информация о которых уже могла записываться на нуклеиновых носителях. И в этом году группе исследователей из нескольких научных центров в США удалось поставить любопытный эксперимент, который показал, как в таком РНК-супе могла начаться эволюция. Оказалось, что в смеси рибозимов преимущество получают те молекулы, которые копируют других, а не себя. То есть запуск эволюции, процесс передачи информации вовсе не обязательно должен начинаться с самокопирования (этого, кстати, с рибозимами никому не удавалось достичь). Важно, чтобы молекулы-прародители могли работать не только со своей последовательностью, но и с чужой. Здесь, конечно, можно сказать о молекулярной взаимопомощи, но это уже будет чистой воды антропоморфизм.

Хорошо, пусть у нас существуют молекулы РНК, которые могут хранить и копировать информацию. Вопрос: как они встречаются в бескрайнем первичном океане? Если предположить, что они плавали в мембранных пузырьках, то получается, что, кроме одних сложных биомолекул, РНК, на заре жизни существовали и другие, которые организовывали мембраны, например, те же липиды. Однако, как показали эксперименты учёных из Пенсильванского университета (США), молекулы РНК могли группироваться и без участия сложносочинённых мембран. Оказалось, РНК любят концентрироваться в смеси довольно простых веществ, декстрана и полиэтиленгликоля, — их появление в видном растворе собирает РНК в ограниченной зоне. Существование на заре времён таких простых веществ, как декстран и полиэтиленгликоль, вполне вероятно. И с их помощью мир РНК мог обходиться без мембран.

Молекулярная модель большой частицы рибосомы дрожжей; разными цветами выделены разные белки. (Рисунок Laguna Design.)Однако далеко не все согласны отдавать лавры основателей жизни одним лишь РНК. Учёные из Университета Иллинойса (США) полагают, что белки и РНК возникли и какое-то время существовали бок о бок, и лишь спустя какое-то время РНК позвали полипептидные цепи на помощь. Исследователи попробовали восстановить генеалогию и возраст разных фрагментов рибосомы, сложной нуклеопротеидной машины, которая и переводит язык нуклеиновых оснований в аминокислотную последовательность. Оказалось, что белки, образующие рибосому, ничуть не моложе соответствующих фрагментов РНК. Более того, важнейший реакционный центр рибосомы оказался моложе других её частей. Но даже если белки существовали до того, как объединились с РНК, остаётся вопрос, как они поддерживали свою структуру? Как они хранили информацию о самих себе?

Что же до происхождения метаболизма, то специалистам из Института Санта-Фе (США) удалось вроде бы вполне убедительно показать, что химические реакции, с помощью которых живые организмы манипулируют углеродом, существовали в древнейшей геохимии, хотя и были довольно неэффективными. То есть живые организмы подобрали из неживой природы что-то неочевидное и плохо работающее и с помощью миллионов лет эволюции сделали из этого вполне действенный метаболический аппарат. Другой вопрос, где живые организмы этим занимались. Общепризнанному мнению о том, что «жизнь возникла в океане», в уходящем году предъявили контраргументы. Группа исследователей, среди которых есть и наши соотечественники из МГУ, весьма небезосновательно предположила, что первые организмы не смогли бы выжить в тех солевых пропорциях, которые существовали в доисторическом океане. А потому первые эволюционные шаги жизнь должна была делать не в океанских глубинах и просторах, а на суше, в грязевых лужах, чей состав был более щадящ к первым живым существам.

Хоанофлагеллаты одиночные (слева) и образующие колонии после питания бактериями (справа). (Фото Rosanna A. Alegado / University of California, Berkeley.)Следующее эволюционное событие, которое в уходящем году пользовалось особым вниманием исследователей, это появление многоклеточных организмов. Эпизод этот относится, если можно так сказать, к проблемам повышенной фундаментальности, а чем фундаментальнее проблема, тем труднее найти для неё непротиворечивую теорию. Многоклеточность имеет очевидные плюсы, но что заставило древних одноклеточных перейти к такому состоянию? Тем более что в современном мире одноклеточные не такая уж забитая и угасающая группа, достаточно вспомнить бактерии и океанический одноклеточный планктон. Остроумное объяснение предложили исследователи из Калифорнийского университета в Беркли (США), работавшие с хоанофлагеллятами, которые, как считается, стоят на грани между одно- и многоклеточностью. По мнению учёных, предки многоклеточных объединились благодаря бактериям, точнее, благодаря некоторым веществам, которые содержат бактерии. Одноклеточные питались бактериями, а то вещество, которое в бактериях содержалось, склеивало многоклеточных вместе, в колонию. Не слишком аппетитная гипотеза, если вдуматься.

Ещё один удивительный результат получили учёные из Университета Миннесоты (США), у которых дрожжи превратились из одноклеточных в многоклеточные образования всего за… 60 дней. Движущей силой тут стала гравитация: чтобы быстрее осесть на дно, клетки дрожжей объединялись со своими родственниками, причём в получившихся кластерах разные клетки вели себя по-разному, то есть демонстрировали основные признаки зарождающегося многоклеточного «самосознания». Но самое удивительное тут, конечно же, сверхсжатые сроки, за которые это произошло. Ну и самая, пожалуй, удивительная гипотеза о происхождении многоклеточности вышла из-под пера Стюарта Ньюмана из Медицинского колледжа Нью-Йорка (США). Уважаемый профессор сравнил базовые структурные блоки, которые есть у самых разных животных, с вязкоупругими химическими субстанциями и пришёл к выводу, что первые многоклеточные сформировались под действием физико-химических сил, которые не влияют на одиночные клетки, но неизбежно вступают в свои права, если клеткам вздумается объединиться.

Вообще, эволюционное учение в последнее время стало необычайно широко пользоваться экспериментальными методами, хотя, казалось бы, с эволюцией ассоциируются миллионы и миллионы лет, о каких экспериментах тут может идти речь? Тем не менее исследователи вдруг поняли, кто им поможет поверить экспериментом тайны эволюции. Помощниками оказались бактерии и дрожжи: благодаря высочайшей скорости размножения они могут проявить эволюционные закономерности за вполне разумное время, нужно лишь правильно спланировать эксперимент. И с помощью этих микроскопических помощников в прошлом году удалось проверить ряд важнейших эволюционных концепций, которые до сих пор существовали только в виде умозрительных рассуждений. Так, исследователи из Мичиганского университета (США) сумели сопоставить генетическое понятие мутации и фенотипическое понятие признака. У вируса новый признак формировался за четыре мутации, бактериям для этого требовалось больше полусотни. В данном случае важна не столько абсолютная цифра (понятно, что для разных организмов и для разных признаков она будет разной), сколько сам способ, позволяющий оценить взаимодействие генов при формировании признака и число мутаций, которые должны в них попасть. И опять же с помощью бактерий удалось наблюдать увидеть целый эволюционный цикл: 56 тысяч поколений бактерий и 20 лет эксперимента позволили учёным увидеть три стадии формирования признака и сопоставить их с фенотипическими изменениями.

Пекарские дрожжи — одни из главных «рабочих лошадок» современной биологии (Dennis Kunkel Microscopy.)В свою очередь, дрожжи помогли исследователям из Университета Окленда (Новая Зеландия) подтвердить экспериментально одну из главных концепций в биологии: половое размножение с эволюционной точки зрения лучше, чем бесполое. Однако можно возразить, что все эти эксперименты ставятся на довольно специфических объектах, бактериях и одноклеточных грибах, а у них эволюция может идти иными путями. Но, как оказалось, по крайней мере у бактерий новые виды образуются так же, как у животных: за счёт генетического разнообразия внутри популяции, которое проявляется при смене экологических условий. То есть нет необходимости придумывать для бактерий какую-то свою, отдельную эволюцию.

Ящерицы из рода анолисов стали участниками уникального эволюционного эксперимента. (Фото Jim Merli.) Безусловно, нельзя не упомянуть эксперимент исследователей из Университета Род-Айленда (США), которые сумели увидеть эволюцию не в пробирке, не среди бактерий, а среди ящериц. Учёные задумали проверить, существует ли на самом деле эволюционно-генетический эффект, называемый эффектом основателя, когда расселяющиеся маленькие популяции оказываются между молотом и наковальней — между естественным отбором и собственным небогатым (из-за расселения) генофондом. Так вот, в течение нескольких лет учёные воочию наблюдали борьбу между двумя эволюционным факторами, которые раньше существовали только в теории. Правда, нельзя не признать, что с условиями эксперимента зоологам повезло: в их распоряжении оказались острова, очищенные от большей части фауны сильнейшим ураганом.

Из других новостей на тему общеэволюционных законов следует отметить два сообщения о молекулярных механизмах эволюции. В Стэнфорде (США) на примере колюшки была подтверждена известная гипотезу о том, что большая часть эволюционных изменений заключается в перетасовке уже имеющихся генов, нежели в создании новых. То есть у вида создаётся несколько генетических сценариев для жизни, из которых один работает, а другие спят. Если же возникает надобность, происходит переключение между этими генетическими наборами, благодаря мутациям в нескольких управляющих последовательностях ДНК. Именно так, по словам учёных, колюшкам удалось быстро перейти из морей в солёные водоёмы. И именно так, кстати говоря, мог возникнуть человек: по мнению некоторых исследователей, мы отличаемся от обезьян в первую очередь способом управления генами.

В другой работе, опубликованной учёными из Массачусетского технологического института (США), говорится о том, что главным молекулярным инструментом эволюции, главным молекулярным механизмом, обеспечивающим приспособление вида к среде, может быть альтернативный сплайсинг РНК. Во всяком случае, согласно результатам этой научной группы, разные виды отличаются друг от друга не столько активностью генов, сколько способами альтернативного сплайсинга.

Из более частных эволюционных исследований, которые касаются развития отдельных групп животных, можно напомнить о работе исследователей из Смитсоновского института изучения тропиков (США) и Университета Вагенингена (Нидерланды), которые пришли к выводу, что мелкие грызуны благодаря своим воровским повадкам спасли доисторические леса от вымирания. А исследователи из Университета Монаша в Австралии попробовали посчитать, сколько времени требуется эволюции, чтобы превратить мышь в слона и обратно — и тут эволюция поразила своей медлительностью. И, конечно, отдельная тема — это происхождение человека и эволюция самого человека. Про переход от обезьян к человеку и его эволюционно-генетические причины можно узнать в соседнем материале. Здесь же стоит упомянуть об экспериментах исследователей из Тринити-Колледжа (Ирландия), которые с помощью симулятора эволюции показали, что сложная общественная жизнь идёт рука об руку с развитием больших нейронных систем. То есть, грубо говоря, развитие мозга лучше происходит в обществе.

Ящерицы из рода анолисов стали участниками уникального эволюционного эксперимента. (Фото Jim Merli.)Однако, отделившись от обезьян и сформировав первые цивилизации, человек отнюдь не вышел из-под власти эволюции и естественного отбора. Так, учёные из Университета Шеффилда (Великобритания) показали влияние естественного отбора на человека на примере популяционной динамики в нескольких финских деревнях. Оказалось, что даже в моногамном обществе есть эволюционные изменения признаков, которые можно наблюдать на протяжении нескольких сотен лет. Можно предположить, что в современном мире, с развитием медицины, средств контрацепции, и т. д. и т. п. не найдётся места не только для старых традиционных сообществ, но и для эволюции. Однако исследователи из Университета Гронингена (Нидерланды) утверждают, что естественный отбор по сей день действует даже на такой важный с точки зрения эстетики и моды параметр, как рост: хотя современные мужчины и женщины предпочитают высоких партнёров, эволюция благоприятствует высокорослым мужчинам, но низкорослым женщинам.

 Долгое время феномен менопаузы не мог найти объяснения у учёных. Человек — одно из редчайших исключений среди животных, наши особи женского пола с некоего возраста теряют способность давать потомство. Эта странная и эволюционно нерациональная стратегия, кажется, нашла своё объяснение в теории: менопауза нужна, чтобы бабушки смогли заботиться о потомстве своих детей, тем самым повышая его выживаемость. Именно благодаря менопаузе, по мнению исследователей из Университета Турку (Финляндия), пожилая женщина может отдать своё время и силы ребёнку своей дочери или невестки, не отвлекаясь на собственных малышей. Эта гипотеза и раньше существовала, но на этот раз её проверили на человеческой популяции. Забота бабушек принесла свои плоды — антропологи из Университета Юты и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (оба — США) подтвердили, что благодаря бабушкам человек стал жить дольше.

Можно ли вылечить рак с помощью теории Дарвина? (Фото Moredun Animal Health.)Выше мы назвали эволюционное учение царицей биологии. Злые языки могли бы сказать, что это в полном смысле царица: пользуясь результатами и методами других областей, она ничего не даёт взамен в смысле практической пользы, что пользы от неё как от козла молока (эволюционно совершенно непредставимая вещь, хотя и возможная с точки зрения генной инженерии). Это не совсем так — выводы, сделанные в рамках эволюционного учения, могут пригодиться другим, более практическим областям. Вот примечательный пример: учёные из Онкоцентра имени Х. Ли Моффита (США) опубликовали работу, в которой именно с помощью эволюционной теории объясняют удивительную способность раковых клеток противостоять химиотерапии. Собственно, исследователи рассматривают опухоль как популяцию, которая подчиняется соответствующим эволюционно-экологическим законам. Если гипотеза верна, то онкологам, чтобы справиться с раком, нужно в корне пересмотреть подходы к лечению. И, возможно, что именно благодаря эволюционной теории мы когда-нибудь победим рак. (Заметим, что уподобление рака популяции ещё не столь радикальный шаг — по сравнению с прошлогодней работой, в которой рак уподоблялся единому организму и предлагался едва ли не на роль нашего предка.)

Из иных результатов эволюционных изысканий, которые могут пригодиться с практической точки зрения, можно упомянуть о том, как климатические изменения играют на руку паразитам, а также о генеалогии зловещих лихорадок Эбола и Ласса, которые оказались гораздо старше, чем о них думали. И то, и другое пригодилось бы для эпидемиологов и вообще врачей, которые много бы дали за то, чтобы знать, чего можно ждать от инфекции в будущем.

Златокрот (фото Inspector Lewis)В действительности, как легко заметить, современная теория эволюции больше всего напоминает некий призрак, неуловимую сущность, которая возникает на стыке самых разных дисциплин, от психологии до иммунологии. Так что имеет смысл говорить не столько об отдельной дисциплине, сколько об эволюционном подходе, который может стать мощным оружием в познании живого мира — всё равно, идёт ли речь об отвлечённо-высокой загадке происхождения жизни или о «низменных», повседневно-медицинских иммунологических вопросах. 

Однако, несмотря на всё величие и мощь эволюционного подхода, срабатывает он не всегда. И уходящий год дал нам два любопытных примера, когда биологам-эволюционистам оставалось только развести руками. Первый пример — это бактерии из пещеры Лечугия, что в американском штате Нью-Мексико. Местные микробы сумели приобрести устойчивость к большинству современных антибиотиков, хотя были изолированы от окружающей среды в течение последних тысячелетий, — феномен, который нельзя объяснить с эволюционно-генетической точки зрения. Вторым номером идёт златокрот: появление у этого удивительного животного переливающегося золотистого меха невозможно объяснить никакой эволюционной потребностью, и учёным приходится говорить, что в данном случае мы имеем дело с «побочным и бесполезным продуктом каких-то других эволюционных превращений».

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Империя: Живые организмы

Что такое жизнь? Определение жизни

Вопросы о происхождении жизни, закономерностях исторического развития в различные геологические эпохи всегда интересовали человечество. Понятие жизнь охватывает совокупность всех живых организмов на Земле и условия их существования. Сущность жизни заключается в том, что живые организмы оставляют после себя потомство. Наследственная информация передается из поколения в поколение, организмы саморегулируются и восстанавливаются при воспроизводстве потомства. Жизнь — это особая качественная, наивысшая форма материи, способная, оставляя потомство, к самовоспроизведению.

Понятию жизнь в разных исторических периодах давались различные определения. Первое научно правильное определение дал Ф. Энгельс: "Жизнь есть способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей этих тел". При прекращении процесса обмена веществ между живыми организмами и окружающей средой белки распадаются, и жизнь исчезает. Опираясь на современные достижения биологической науки, русский ученый М. В. Волькенштейн дал новое определение понятию жизнь: "Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот". Это определение не отрицает наличие жизни и на других планетах космического пространства. Жизнь называется открытой системой, на что указывает непрерывный процесс обмена веществ и энергии с окружающей средой. На основании последних научных достижений современной биологической науки дано следующее определение жизни: "Жизнь — это открытые саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы совокупностей живых организмов, построенные из сложных биологических полимеров — белков и нуклеиновых кислот". Основой всего живого считаются нуклеиновые кислоты и белки, так как они функционируют в клетке, образовывают сложные соединения, которые входят в структуру всех живых организмов.

Живые организмы отличаются от неживой природы присущими им свойствами. К характерным свойствам живых организмов относятся: единство химического состава, обмен веществ и энергии, сходство уровней организации. Для живых организмов характерны также размножение, наследственность, изменчивость, рост и развитие, раздражимость, дискретность, саморегуляция, ритмичность и др. 

 Появление живых существ на Земле и их эволюция

Рис. 1. Колония цианобактерий в фумароле вулкана Дзендзур. Камчатка. (Фото Антоненко А.С., Мир дикой природы)Более 4 млрд лет назад на Земле возникла первая жизнь. За это время жизнь прошла большой путь развития, начавшийся спростейших молекулярных  живых растворов появившихся задолго до простейших организмов – каоцерватных капель и заканчивая современными млекопитающими. Параллельно с эволюцией живых существ шла эволюция составляющих их молекул, так первые белки входившие в живые существа обладали более низкой скоростью сворачивания [1].

Первые живые организмы появившиеся на нашей планете не имели ни ДНК, ни даже РНК и обитали в виде живых растворов находившиеся в крошечных полостях, которые часто встречаются в минералах. Роль РНК у первых самовоспровоизводящихся живых обитателей одновременно являвшейся и носителем наследственной информации, и средством её дальнейшего воспроизводства выполняла пептидная нуклеиновая кислота, остовом которой служила цепочка, образованная мономерами N-(2-аминоэтил) глицина (АЭГ) [2, 3]. В дальнейшем произошло её усложнение которое привело к образованию РНК [4]. Через какое-то время эта преджизнь должна была обзавестись собственными оболочками – перейти от доорганизменного уровня к организму. В качестве оболочек этот "живой раствор" использовал каоцерваты состоящие из липтидов [5].

Недавно в самых древних на Земле осадочных породах времен архея, найденных в юго-западной части Гренландии, были обнаружены следы сложных клеточных структур, возраст которых составляет по крайней мере 3,86 млрд лет. 

Рис. 2. Эволюционное дерево отображающее горизонтальный перенос геновПо одной из теорий около 4,1 - 3,6 млрд лет назад во времена эоархейского периода из существовавшего в то время разнообразия одноклеточных живых существ (прокариот) (рис. 1) проживавший тогда первый наш общий предок разделился на несколько ветвей, которые в последствии в свою очередь разделились на ныне существующие царства (животных, растений, грибов, протистов, хромистов, бактерий, архей и вирусов). Со временем остальные жители того периода не выдержали с ними конкуренции и исчезли с лица Земли. [6]

По другой теории - как такового общего предка не существовало, а первые обитавшие в то времы простейшие с помощью горизонтального переноса генов между собой, постояно эволюционировали. Предполагается, что на самых ранних этапах эволюции существовало некое общее генное "коммунальное хозяйство". Картина эволюционных связей в мире предковых прокариот представляла собой не столько дерево, сколько своего рода мицелий с переплетенной сетью горизонтальных переносов в самых разнообразных и неожиданных направлениях. По мере усложнения организмов и развития механизмов полового размножения и репродуктивной изоляции горизонтальный перенос становился более редким явлением (рис. 2) [7].

Примерно в этоже время появляются первые вирусы (рис. 3) [8].

Рис. 3. БактериофагиСледующим этапом эволюции стало появление в палеопротерозойской эре (более 2 млрд. лет назад) первых эукариотов [9] обладающих ядром и явившихся предками современных животных, растений, протистов и хромистов.

Последующие почти 1,5 млрд лет на нашей планете безукоризненно царствовали одноклеточные организмы, пока в эдикарском периоде около 630 млн. лет назад не появились первые многоклеточные существа.   Таких необычных форм в природе не появится уже никогда. В основном это мягкотелые организмы, состоящие из отдельных фракталов. Размеры их тела варьировались от одного сантиметра до одного метра. Выглядели они настолько необычно, что долгое время ученые спорили, к какому царству – растений или животных их можно отнести [10].

Рис. 4. Силурийское мелководьеОколо 480-460 млн лет назад в силурийском периоде на суше появидись первые растения [11] (по некоторым данным в верхнем кембрии 499-488 млн лет назад [12]), а еще спустя 50 млн лет в девонском периоде вслед за растениями на сушу вышли и первые животные [13] (хотя существуют некоторые данные, показывающие, что первые сухопутные животные жили в силурийском (рис. 4) или даже вендском периодах [14]). После этого начало бурное развитие всевозможных живых существ потомками которых ясляемся и мы.

Разнообразие видов живых существ

Сейчас, по наиболее точным оценкам, насчитывается около 1,6 миллиона живущих видов. Из них 860 000 составляют насекомые, 350 000 — растения, 8600 — птицы и только 3200 — млекопитающие. Большая часть остальных видов, около 300 000, относится к морским беспозвоночным. Общее количество — 1,5 миллиона — включает только те виды, описания которых были опубликованы учеными. Считается, что в несколько раз большее количество видов еще не описано. По прикидкам некоторых ученых, в настоящее время существуют около 8,7 миллиона видов эукариотических организмов (плюм-минус 1,3 млн). В это число не входят вымершие виды, известные только в виде ископаемых остатков. Основываясь на количестве уже описанных ископаемых видов, общее количество вымерших – обитавших когда-либо на протяжении более трех миллиардов лет существования жизни на Земле, оценивают в пределах от 50 миллионов до 4 миллиардов.

По расчётам ученых, в Мировом океане обитает 2,2 млн видов, на суше — 6,5 млн. Животных на планете всего около 7,77 млн видов, грибов — 611 тыс., растений — 300 тыс. При этом растениям повезло больше всего: из них описано 72% видов, тогда как животных — 12%, грибов — только 7%. [15]

 Табл.1. Количество видов обитающих на нашей планете

Несмотря на то, что сейчас живет такое многообразие живых существ, за последнее время деятельность человека привела к существенному их уменьшению. Так, например, за последние сто лет на Земле вымерло в результате деятельности человека около пятой части видов живых существ (только 2005-2010 гг. с лица Земли исчезло около 1000 видов), а площадь лесов сократилась вдвое, уменьшаясь каждую минуту примерно на 20 гектаров. 

Разделение классификации:

Антоненко А.С.

На юге Китая ученые нашли уникальные ископаемые возрастом примерно 600 млн. лет. Похоже, это первые макроскопические организмы на нашей планете. Большинство напоминает современные бурые водоросли, но некоторые похожи на червей.

Ископаемое многоклеточное из формации Ланьтянь (Китай) возрастом 600 млн. лет Один из самых поразительных этапов развития жизни на нашей планете – эдиакарский — случился 635−542 млн. лет назад.

Тогда произошел огромный эволюционный скачок – после почти трех миллиардов лет исключительно микроскопической жизни появились первые макроскопические организмы. Таких необычных форм в природе не появится уже никогда. Окаменелости этого периода ученые делят на три группы, самая древняя из которых — авалонская. Ее возраст составляет примерно 575−565 млн лет. В основном это мягкотелые организмы, состоящие из отдельных фракталов. Размеры их тела варьировались от одного сантиметра до одного метра. Выглядели они настолько необычно, что долгое время ученые спорили, к какому царству – растений или животных их можно отнести. Но в конце концов решили, что это все-таки животные.

Отложения Ланьтянь

Похоже, группе ученых, которой руководит Сюньлай Юань (Xunlai Yuan) из Наньцзиньского института геологии и палеонтологии (Китай), удалось обнаружить самые первые макроскопические существа, которые жили еще до авалонской биоты. В формации Ланьтянь на юге Китая ученые описали несколько организмов, которые очень похожи на современные бурые водоросли и кольчатых червей.

Вообще-то, об ископаемых формации Ланьтянь ученые впервые узнали еще десять лет назад. Проблема состояла в точной датировке образцов. Дело в том, что отложения залегают там очень плотно. Например, в 150−тиметровых отложениях зашифрована история длиной в 90 млн лет. Из-за такой плотной упаковки датировать слои необыкновенно сложно. При помощи радиоуглеродного анализа удалось установить, что биота этой формации гораздо более древняя, чем можно было предположить. Ее возраст, по подсчетам ученых, составил примерно 635−577 млн лет.

Водоросли, черви и стрекающие

Как объясняет доктор Сюньлай Юань, эти организмы появились на Земле сразу после Мариноанского оледенения – одной из стадий глобального оледенения, когда нашу планету в течение многих миллионов лет сплошь покрывали льды (теория о существовании такого масштабного оледенения носит красивое название «Земля-снежок»). Как только лед растаял, океан стал теплеть и насыщаться кислородом. Это и привело, по мнению авторов, к новому витку эволюции – формированию макроскопических форм жизни.

Ископаемые организмы формации Ланьтянь ученые отнесли к пяти разным морфологическим типам: «Типы А и B очень напоминают современные водоросли, например бурую водоросль Postelsia palmaeformis. У них выделяется орган, с помощью которого они прикреплялись к субстрату, стебель и ветвящиеся лопасти», — пишут авторы исследования. Другие типы выглядели совсем необычно. «Типы С-Е, скорее, ближе к животным типа стрекающие. С веретенообразным телом, пищеварительной системой, окруженной оболочкой. Возможно, у них были и сократительные мышцы. Тип D и Е — вообще загадочный. Эти организмы напоминают червеобразных животных», — говорит доктор Сюньлай Юань.

По словам руководителя группы, все эти необычные организмы обитали в спокойных мелких водах, там, куда спокойно проникали солнечные лучи. А в пластах отложений они так и «законсервировались» в своем обычном положении.

Об ископаемых отложений формации Ланьтянь можно прочитать в cтатье «An early ediacaran assemblage of macroscopic and morphologically differentiated eukaryotes», опубликованной в последнем номере журнала Nature.

Источник: Infox.ru