Еволюция на клетката Печат

Еволюция на клетката

Кога и как са се появили първите живи клетки на нашата Земя, които са поставили началото на живота?Какъв е бил пътят на развитието и усложняването на клетъчните структури и функции? На тези въпроси днес съществуват приблизителни отговори, а дори и само предположения. Счита се, че първично са се появили клетки-прародители,от които чрез постепенно развитие /еволюция/ са възникнали съвременните клетки и организми.Основните процеси в тази еволюция са два:

1.случайни изменения в наследствената /генетичната/ програма,които се предават на потомството клетки

2.отбиране само на онази част на наследствената програма,която може да осигури на клетките преживяване и размножаване.

1.  УСЛОВИЯТА НА ЗЕМЯТА ПРЕДИ ВЪЗНИКВАНЕТО НА ЖИВИТЕ КЛЕТКИ.

Те са били доста по-различни от днешните:голи материци,постоянно разтърсвани от вулканична дейност и обливани от поройни дъждове,атмосфера без кислород,наситена с метан или амоняк и раздирана от мълнии.Озонов слой не е могло да има и ултравиолетовите лъчи на слънчевата светлина са достигали безпрепятствено земната повърхност.

При тези уловия,във водата на океана с участието на метан,амоняк и водород са могли да възникнат прости органични молекули.

В лабораторни условия днес можем да възпроизведем това.Нагрява се вода в херметичен съд,съдържащ метан,амоняк и водород.През газовата смес се пропускат електрически заряди,благодарение на които водните пари и газовете си взаимодействат,като се получават малки органични молекули-циановодород,формалдехид и др.Те, от своя страна, могат да реагират помежду си ,така че да се получат четирите основни типа органични молекули,характерни за клетките- аминокиселини,нуклеотиди,захари и мастни киселини.

2. ВЪЗНИКВАНЕ НА ПОЛИНУКЛЕОТИДИ.

Простите органични молекули като аминокиселините /20 вида/ и нуклеотидите /4 вида/ биха могли да се свържат случайно и да образуват дълги вериги – неразклонени полимери,полипептиди и полинуклеотиди.Тъй като белтъци-ензими още не е имало,полимеризацията е могла да протече под влияние на неорганични катализатори или при нагряване от Слънцето и вулканичната дейност.

Полинуклеотидите,веднъж образувани,могат да подпомогнат образуването на други полимери, да служат като матрица /шаблон / при полимеризацията.Четирите нуклеотида в зависимост от базите си, могат да взимодействат два по два: аденин – с урацил или тимин и гуанин – с цитозин.В резултат на това, от матричната последователност на нуклеотидите ще се „ откопират ‘’ полимерни вериги с подреждане на нуклеотидите, което не е случайно, а определено от матрицата.

Вероятно първоначално са се появили молекули РНК, а по-късно са възникнали сложно устроените молекули ДНК

Така се е създала възможност за предаване на информация от една полимерна молекула на друга.По същия начин новосинтезираната втора молекула е послужила като матрица за образуването на трета,която е точно копие на първата.По този предполагаем механизъм полинуклеотидите са могли да се размножават.

Но нуклеотидите от веригата биха могли да се свързват и със съответните им /комплементарни /нуклеотиди от самата верига,при което ще се образуват различни гънки и двойни участъци.

3. ВЪЗНИКВАНЕ НА ИЗМЕНЕНИЯ В ИНФОРМАЦИЯТА,СЪДЪРЖАЩА СЕ В ПОЛИНУКЛЕОТИДИТЕ.При копирането на матриците са ставали грешки.За това са спомагали условията на средата.Тези грешки са довели до размножаването на неточни копия – изходната последователност от нуклиотиди се изменяла.От друга страна, огъването на веригата, което е специфично за всяка последователност от нуклеотиди, е влияело на способността за размножаване и на стабилността на структурата.Така някои вериги от нуклеотиди са се оказали с по-стабилна структура и заедно с това,с по-големи „матрични способности”.Ето как е било възможно да се измени информацията,която носи веригата , а след това да се извърши „отбор” на тази информация.

Просъществувала е само стабилната структура със запазена възможност да служи като матрица.

4. ПРЕДАВАНЕ НА ИНФОРМАЦИЯТА ОТ НУКЛЕОТИДИТЕ НА ПОЛИПЕПТИДИТЕ.

Нуклеотидната последователност във веригите РНК не е била достатъчно разнообразна, за да осигури всички структурни и функционални нужди на клетката. Полипептидите са много по-разнообразни и реактивоспособни,което ги прави по-пригодни за задоволяване на разнообразните клетъчни потребности.Полипептидите не носят наследствена информация - те не могат да се размножават.Следователно информацията, записана в полинуклеотидната последователност, би трябвало да определи последователността на аминокиселините в полипептидната верига.Как е магло да стане това?

Навярно са съществували два вида молекули РНК-носещи информация и взаимодействащи с аминокиселините /днес ги наричаме информационни и транспортниРНК-и/.Тези два вида РНК вероятно са могли да се свържат в съответни участъци /по базите /.Това би позволило да се синтезира полипептидната верига с неслучаен,а закономерен ред на аминокиселините.Така може би е възникнала белтъчната синтеза,контролирана от нуклеиновата киселина.

На по-късен стадий ДНК заменила РНК като вещество на наследствеността,тъй като      структурните и способностти са далеч по-удобни за изпълнението на такава задача.Нейния двуверижен строеж осигурява по-голяма стабилност на генетичното информация и възможност  за точното и предаване в поколението.

5. ПЪРВАТА КЛЕТКА СЕ ОБВИВА С МЕМБРАНА.Първата клетка се е образувала,вероятно когато молекули фосфолипиди случайно са формирали във водна среда затворена мембранна структура /без свободни крайща/, благодарение на тяхната хидрофобност.В това затворено пространство са се оказали молекули РНК и белтъци. В така изолираната функционална единица еволюцията на РНК вече засяга не само собствената структура но и белтъците.

По такъв предполагаем път в резултат на спонтанното свързване на молекули, в първичния океан преди около 3.5 милиарда години се появили първите живи клетки.Приема се , че днешните организми са произлезли от първобитна клетка,която е успяла да преживее в тежките условия на тогавашната среда.Делейки и еволирайки, тя е дала клетъчни поколения,които са се развивали в различни посоки,но са запазили сравнителна простота на строежа и функционирането.

Те са били прокариотни клетки и са съществували в разнообразни форми.При тях са били застъпени основни метаболитни пътища, включително трите главни процеса за получаване на енергия - фотосинтеза,ферментация и дишане.В резултат на  фотосинтезата земната атмосфера започнала да се обогатява с кислород.Възникнал озоновия защитен слой – препятствие за ултравиолетовите лъчи.

6. ВАЖЕН ПРЕХОД В ЕВОЛЮЦИЯТА НА КЛЕТКИТЕ се осъществил преди 1.5 милиарда години.Усложняването на структурата и функцията на прокариотите довело до появата на нов тип клетки- еукариотните.Тези клетки се характеризирали с по-големи размери и по-сложна организация – обособено ядро,цитоскелет и богат набор органели.Вероятно за това усложняване са помогнали и ранни прокариотни клетки – аеробни или автотрофни,които са станали вътрешни симбионти на еукариотните клетки и са се превърнали във важни органели – митоходрии и хлоропласти.

В еукариотните клетки се запазила и развила аеробната обмяна на веществата, като най-ефективната в енергийно отношение. В тях се появили възможности за диференциране, а оттук – и за специализиране във функциите.

Всичко това позволило еволюцията на живата природа рязко да се ускори,да се появят многоклетъчни форми – гъби, растения ,животни.Вероятно по такъв или подобен сценарий животът постепенно завоювал планетата Земя.