Симбиогенез
Исследования ДНК показывают, что первыми формами жизни были прокариоты, бактерии и археи, клетки которых довольно мелки и примитивны. Теория симбиогенеза предполагает, что более крупные и сложные клетки, протисты и многоклеточные организмы появились, когда прокариоты стали объединяться в группы.
Симбиоз — феномен, когда два разных вида извлекают выгоду от сосуществования. В 1967 г. американский генетик Линн Маргулис выдвинула удивившую многих теорию о том, что эукариотические клетки с их сложными внутренними структурами развились из неродственных им прокариотов, образовавших группы. Митохондрии и хлоропласты в эукариотических клетках, как заметили еще в 1910 г., похожи на бактерии — отсюда и вывод. Более поздние открытия показали, что эти органеллы содержат собственные ДНК.
Симбиогенез потенциально может включать следующие этапы. 1) Прокариотическая клетка, вероятно архея, увеличивается, на ее мембране формируются складки, за счет которых растет площадь ее поверхности. 2) Складки отделяются от мембраны клетки и формируют мембрану вокруг ядра, где хранится генетический материал, — так образуется эндоплазматический ретикулум. 3) Терпимые к кислороду несерные пурпурные бактерии проникают внутрь и выживают. Они способны размножаться и сохраняться при делении клетки. 4) Бактерия использует кислород как средство производства энергии для клетки — как примитивная митохондрия. 5) Цианобактерия попадает в клетку и начинает производить сахара с помощью фотосинтеза. Клетка приобретает сходство с растительной
Анализ ДНК митохондрий, которые есть у подавляющего большинства эукариот, доказал их сходство с протеобактериями, к которым относятся современные родственники предков митохондрий. Это многочисленная группа прокариотов: некоторые из них вызывают заболевания, а прочие — это азотфиксирующие бактерии в почвах. Хлоропласты в клетках растений в свою очередь близко связаны с цианобактериями, или сине-зелеными водорослями. Это были первые фотосинтезирующие организмы.
Исключение из правил
Идея Маргулис известна как симбиогенез, или эндосимбиотическая теория, ведь составные элементы клетки зависят друг от друга. Но, возможно, все начиналось совсем не так. Инородные микроорганизмы могла поглотить более крупная клетка в качестве пищи, они также могли быть паразитами. ДНК в ядре эукариотов ближе к ДНК археи, а не бактерии, поэтому предполагается, что клетка, которая сформировала укрытие для эндосимбионта, была археей, мембрана которой разрослась и усложнилась.
Эукариоты появились более 1,5 млрд лет назад, а все современные эукариоты восходят к общему предку, уже имевшему митохондрию. Позднее в одной из эукариотических линий произошёл ещё один важный эндосимбиоз: предок цианобактерий стал пластидой. От этой линии произошли красные и зелёные водоросли, а от зелёных водорослей — наземные растения.