(По мотивам книги эволюционного биолога МГУ Михаила Никитина «От туманности до клетки»).

Если попытаться классифицировать все ныне живущие организмы, то очень четко видна граница между современными, многоклеточными организмами (эукариоты) и более древними (прокариоты).
Отличий много.

Вот основные из них:

• — эукариоты гораздо крупнее и сложнее, чем прокариоты (их клетки в десятки и сотни раз больше);
• — эукариоты используют исключительно аэробное (кислородное) дыхание. Для прокариот кислород ядовит (анаэробное дыхание).
• — эукариоты способны поглощать твердую пищу. Прокариоты могут только усваивать простые, растворенные органические вещества из окружающей среды или синтезировать их самостоятельно.

Второй способ классификации — по степени автономности живых существ приводит к выделению следующих категорий:

• — автотрофы — полностью автономны, все необходимые вещества получают в виде неорганических соединений из окружающей среды.
• — гетеротрофы — зависимы от автотрофов. Способны синтезировать органические вещества, но сырьем для этого являются органические вещества синтезированные автотрофами (пища).

Автотрофы, в свою очередь, делятся на:

• — фототрофы — получают энергию для химических реакций в виде солнечного света
• — хемотрофы — получают энергию для химических реакций окисляя минералы (в основном серу или железо)

Еще одним обязательным для всех живых существ условием является наличие органической мембраны, отделяющей внутреннее пространство существа от внешней среды.

Повреждение этой мембраны равносильно смерти клетки. Химический состав внутриклеточной жидкости (цитоплазмы) сильно отличается от состава любой существующей ныне среды обитания и клетки тратят до 30-40% получаемой ими энергии на поддержание требуемого состава цитоплазмы. Поэтому разрыв мембраны = смерть. Среда становится не пригодной для проведения реакций, крупные органеллы клетки не могут удерживаться вместе и вытекают наружу.

Аэробное (кислородное) дыхание примерно в 20 раз эффективнее анаэробного. Только благодаря ему эукариоты смогли перепрыгнуть от одноклеточного способа существования к многоклеточному, продолжая эволюционировать в сторону усложнения своего строения, но при этом полностью законсервировав изменение внутриклеточных химических процессов синтеза органических веществ.

В принципе живые существа всегда следуют простому правилу — ничего не менять, пока работает. То есть пока хватает ресурсов из вне для жизни.

Для клеток эукариотов ничего не менялось последние 600-700 миллионов лет. Они живут в среде, которую им обеспечивает организм и менять что-то в своем метаболизме им не требуется. Все процессы регуляции взаимодействия с внешней средой вынесены на более высокий уровень. То есть меняется сам организм, приспосабливаясь. Отдельным клеткам же обеспечены стабильные и комфортные условия.

Таким образом вырисовывается следующая хронология эволюции живых существ на планете (следует понимать, что переход от одного пункта к другому занимает сотни миллионов лет):

1. Сначала появляются хемотрофы, получающие энергию окислением минералов, не нуждающиеся в защитной оболочке (внешняя среда полностью соответствует необходимым для проведения химических реакций) и способные держаться вместе, чтобы организовать некое сообщество отдельных частей, синтезирующих вещества необходимые друг другу. Это возможно на поверхности некоторых минералов или глины в горячих вулканических источниках, богатых микроэлементами и с примерно постоянной температурой. Органические молекулы тупо прилипают к глине и образуют слой толщиной несколько микрон. В настоящее время такие горячие вулканические источники безжизненны из-за того, что атмосфера содержит большой процент кислорода, который окисляет жидкости грязевых котлов до состояния серной кислоты, но если убрать кислород из атмосферы, то химический состав внутриклеточной жидкости будет очень близок к тому, что должен был быть в горячих источниках планеты.

2. Химический состав окружающей среды постепенно меняется. Возникает необходимость создания защитной оболочки (мембраны). Выживают лишь те, кто с этой задачей справился.

3. Химические соединения, необходимые для жизни, постепенно иссякают (снижается вулканическая активность планеты). И возникает необходимость поиска новых источников энергии. Таким становится солнце. Появляются фототрофы.

4. Все это сообщество продолжает сосуществовать в составе весьма тесной колонии т.к. любые другие условия среды — смертельны. Эта колония представляет из себя слоеный пирог микроорганизмов. На внешнем уровне которого живут фототрофы, в толще пирога живут гетеротрофы, питающиеся веществами выделяемыми фототрофами, в самом низу хемотрофы, продолжающие получать энергию из минералов.

5. Идея, что органические вещества можно не синтезировать, а получать из вне очень заманчива. Гетеротрофы начинают жрать фототрофов. Причем процент таких организмов незначителен т.к. чтобы сожрать, нужно еще как-то повредить оболочку фототрофа, а никаких приспособлений для этого нет. Проще питаться веществами выделяемыми фототрофами (что и делает подавляющее большинство современных бактерий).

6. Постепенно фототрофы становятся настолько автономны (способны регулировать химический состав своей цитоплазмы в более агрессивной среде — морская вода). Фототрофы — сваливают в море, гетеротрофы вслед за ними. Хемотрофы лезут во всякие щели внутрь Земли и на дно океанов поближе к вулканическим источникам, извергающих сероводород.

7. Не смотря на то, что фототрофы начали выделять кислород химический состав атмосферы Земли не меняется. Кислород в первую очередь окисляет железо, растворенное в воде. Заселено все мелководье океанов Земли.

8. Кислородная катастрофа. Железо океанов окислено. Начинается быстрое уничтожение углекислого газа в атмосфере и рост в ней концентрации кислорода. Погибает большинство прокариотов не сумевших защититься от ядовитого кислорода. В это время уже существуют клеточные прокариоты — археи, прародители эукариот. Из них возникают эукариоты, которые дышат кислородом и из-за своих размеров легко справляются с пожиранием прокариотов-фототрофов. Но не все так просто. Эукариоты сильно зависимы от метаболизма прокариотов и не умеют перестраивать химические реакции внутри себя. Возникают симбиотические отношения между эукариотами и прокариотами.

Сожранные цианобактерии не уничтожаются полностью, а оставляется узел отвечающий за работу фотосинтеза. Так появляются растения = симбиоз цианобактерий и клетки эукариота = сине-зеленые одноклеточные водоросли. Других прокариотов (ныне не существующих), освоивших кислородное дыхание, сожранных, но не уничтоженных эукариоты оставляют внутри себя в качестве метахондрий — органелл генерирующих из кислорода универсальную энергетическую валюту клетки — АТФ.

9. В принципе все. Возникает равновесие газообмена в атмосфере. Прокариоты и эукариоты-растения генерируют кислород, поглощая углекислый газ, эукариоты-животные поглощают кислород, выделяя углекислый газ. Дальше надо было лишь научиться многоклеточности, отрастить себе сначала хорду, потом скелет, научиться дышать атмосферным кислородом и выбраться на сушу. При этом не на миг не забывая о своей зависимости от прокариотов и таская с собой в кишечном тракте их колонии, отвечающие за переработку органики, которую эукариоты переварить на способны (клетчатка, целлюлоза).


В этой теории конечно дохрена узких мест. Хоть и звучит вполне логично. Чертов фосфор, который обязателен для клеток и который невозможно найти в окружающей среде в виде растворимых соединений. Который на заре жизни организмы получали из вулканических газов. Чертов калий, который которого полно возле вулканов и большой дефицит в любом другом месте. Чертов азот, для которого нет технологий получения его соединений из атмосферного азота и растениям нужны исключительно нитраты. Чертова сера, которая нужна для некоторых аминокислот и добыть ее те еще танцы с бубном для живых организмов.

Ну и самый главный вопрос — как запустить эту автокаталистическию реакцию под названием «жизнь»? Пока химики смогли не биологическими методами лишь синтезировать основные компоненты (нуклеатиды, аминокислоты). И на вопрос как запустить реакцию ответа пока нет.

Короче как-то так. Подробный сценарий возникновения жизни на Земле с глубоким погружением в биохимию, биологию, физику, химию и астрономию можно найти в книге Михаила Никитина «От туманности до клетки» Я не стал описывать подробности, потому что это неизбежно ведет к перегрузке рассказа научными терминами и описаниями опытов, что для развлекательного портала, мягко говоря, не желательно. Попытался осветить только общие выводы сделанные в книге.

Жизни необходимы лишь шесть химических элеменотв (водород, кислород, углерод, азот) = 99% и фосфор и сера = 1%. Ничтожно малую, но очень важную роль играют некоторые тяжелые химические элементы (железо, магний, калий, натрий). Генетический код несут молекулы ДНК, состоящие из сложных колец азотистых оснований, склеенные в цепочки сахаром и оксидом фосфора.

Все остальные процессы внутри живых существ возможны благодаря синтезу белков (цепочки молекул аминокислот, свернутые определенным образом так, что они получают определенный функционал и способны быть либо катализаторами (ферментами) для поведения сложных химических реакций, либо транспортом, переносящим вещества из одного «производстванного цеха» клетки в другой или участвуя в обмене веществ с внешней средой. Мембраны клеток состоят из липидов (жиров), молекулы которых не полярны и из-за этого не растворяются в воде, гидрофобны и позволяют поддерживать внутри клетки полную стерильность.

Все технологии, работающие внутри клеток отточены милионолетиями успешной эволюции и хрен вы какую клетку или бактерию заставите пуститься в какие-либо авантюрные эксперименты со своим метаболизмом. Все делается по чертежам (генетический код). В генетическом коде могут возникать ошибки (мутации), но не чаще одной ошибки на одно деление клетки, что приводит к небольшим отличиям в работе функционала клетки. Полезные отличия — выживают и закрепляются в последующих поколениях, досадные косяки — погибают вместе с дефектными клетками.

Бактерии размножаются быстро, но примитивно, простым делением и мутации в генах при делении бактерий позволяют им быстро приспосабливаться к изменениям в окружающей среде в том числе и за счет изменения реакций метаболизма.

Высшие многоклеточные существа вынуждены использовать половой способ размножения, чтобы обеспечить разнообразие своих потомков (используется код двух особей), а не плодить тупо клонов, которые с каждым последующем поколением будут все менее приспособленными к меняющейся окружающей среде. Здесь мутаций гораздо больше (до 30-ти штук(бит) на одно поколение), но происходят они гораздо реже, по сравнению со скоростью размножения бактерий, и большинство кода в котором могут произойти мутации в повседневных задачах клетки либо вообще не используется, либо используется крайне редко, что позволяет держать количество активных мутаций в пределах не более одной ошибки в геноме человека, на поколение.

Мы, человечество, зависимы. Мы полностью зависим от существ автотрофов. Мы дышим кислородом, генерируемым ими, Используем аминокислоты, сахара — углеводы, жиры (липиды), азотистые основания из нитратов, фосфаты, целлюлозу и клетчатку синтезируемых ими, которую разлагают в нашем пищеварительном тракте бактерии — прокариоты, а результатом их жизнедеятельности получаются необходимые нам витамины, которые мы тоже не умеем синтезировать сами. Мы слишком круты, чтобы заниматься внутри себя всякой там (не профильной для разумных существ) химией.

И сука забываем, что всем клеткам нужен определенный набор веществ. Что каждая клетка нашего тела автономна и будет работать только при соблюдении достаточно жесткого баланса химических веществ в околоклеточной жидкости. Каких и сколько нужно веществ — я вот так не скажу. Зависит от того кто как живет, что жрет как расходует то, что получает из вне.

И не смотря на то, что кислород нам жизненно необходим, для наших клеток (которые только опосредованно дышат кислородом) он остается сильнейшим ядом (слишком активным химическим веществом). И любой сбой в химических реакциях клетки приводит к окислению внутри клеток того, что не должно было быть окислено. Это не смертельно, но эти косяки и не работающие очаги внутри клеток и организма в целом накапливаются в течении жизни, что является одним из факторов старения и смерти.