4.2. Сценарий образования и эволюции жизни на Земле
На рис. 20 показаны четыре стадии образования и эволюции жизни на Земле. Первая стадия, начавшаяся примерно 3,8 млрд лет назад, связана с возникновением и эволюцией РНК.
Стадия 1 – мир РНК. Экспериментально показано, что короткие нуклеотиды (прообраз РНК) могли синтезироваться на распространенном глинистом минерале – монтмориллоните. Это подстадия 1 - возникновение мира РНК. Затем нуклеотиды могли соединяться в цепочки подобные РНК. Поэтому выделена подстадия 2. Она завершается после появления длинных полинуклеотидов РНК, которые могли служить матрицей для синтеза белков. На следующем этапе (подстадия 3) синтезируются простейшие белки, и из двух РНК образуется молекула ДНК. Так сформировалась знаменитая триада «ДНК↔РНК→белок» около 3,6 млрд лет назад. Появление мембраны, обособившей триаду от окружающей среды, завершает образование клетки.
Рис. 19. Сценарий образования и эволюции жизни на Земле [20]
Жизнь может зародиться и переноситься в космосе, но только в виде коротких нуклеотидов. Далее в благоприятной среде, ее цикл каждый раз начинается заново: появление макромолекул РНК, ДНК и белка, формирование на их основе клетки.
Стадия 2 – прокариоты. Существует много доказательств того, что первыми появились одноклеточные без ядра – прокариоты. Вероятно, это были гетеротрофные формы, которые использовали накопленное ранее органическое вещество. Позднее возникает хемосинтез бактерий, которые используют энергию окисления неорганических соединений. Эволюция биоты в эпоху археозоя отличает возникновение разнообразных форм метаболизма, что тесно связанных с процессами литогенеза. Примером являются железобактерии (см. 3.7).
Постепенно питательная среда гетеротрофов сужается, возникает хемосинтез бактерий, а фотосинтез с выделением свободного кислорода, который начинает поступать в атмосферу. Создаются условия для существования аэробов и формирования мира эукариот.
Стадия 3 – эукариоты. Около 1,6–1,7 млрд лет назад (рис. 20) появились эукариоты с ядром, возможно, сразу в виде разных жизненных форм: гетеротрофов и фитопланктонных автотрофов. Это событие связывают с прохождением атмосферой основной точки Пастера. Весьма вероятно, что эукариоты существовали много раньше, но ареал их обитания был ограничен. Повышение концентрации кислорода открыло путь эукариотам, но было катастрофой для анаэробной жизни.
Аэробная жизнь более чем в 10 раз эффективнее с энергетической точки зрения, чем брожение, а потому открывает возможность для появления сложных одноклеточных, а затем и многоклеточных организмов. Темпы эволюции увеличились. Периоды смены форм жизни на Земле сократились в начале до сотен, а затем до десятков миллионов лет. Главная причина быстрой эволюции эукариот – их размножение связано с обменом участками ДНК в форме полового процесса. Прокариоты размножаются делением.
Можно сказать, что Землю в нелегком бою завоевали эукариоты. Бурный рост разнообразия животных ускорил и эволюцию растений. Отныне эукариоты не оставляли возможности для былого господства прокариот. Ныне они доминируют только в местах, напоминающих архей или протерозой.