Що спричинило основні еволюційні переходи

Стейтед кліерлі представляє:
Що викликало основні еволюційні переходи?
Розглядаючи скам’янілості в намаганні визначити найважливіші події в нашій еволюційній історії, ви, можливо, захочете перерахувати найдавніші відомі види риб, здатних вижити певний час на суші.
Також, ймовірно, ви захочете перерахувати перші відомі скам’янілі рештки мавп, які подібно до нас ходили на двох ногах.
Хоча ці скам’янілості представляють захопливі переходи до нових способів життя, вони не відображають великих стрибків у складності.
Відмінності між двоногими й чотириногими істотами здебільшого зводяться до незначних морфологічних змін у скелеті.
Аби побачити дійсно великі еволюційні стрибки, які дослідники називають основними еволюційними переходами, ми повинні перенестися набагато далі назад — в історію, яку нам розповідають викопні рештки.
У кінці 1830-х років анатом Теодор Шван розвинув ідею того, що людське тіло замість того, щоб бути неподільною істотою, насправді є сукупністю живих клітин.
Сьогодні ми сприймаємо це як належне, але подумайте: наскільки дивовижним є те, що ви — це колонія.
Найдавніші багатоклітинні організми, знайдені досі у скам’янілостях, були примітивними губкоподібними істотами, що жили в морі.
До них усі відомі живі організми були одноклітинними.
Вчені поділяють їх на три різні типи: бактерії та археї, які зазвичай є надзвичайно малими; і еукаріоти, більшість з яких все ж є мікроскопічними, але при цьому набагато більшими й набагато складнішими ніж бактерії чи археї.
Клітини, які утворили перші морські губки, та клітини, які сьогодні утворюють ваше тіло, напрочуд схожі на одноклітинних еукаріотів.
Основна відмінність полягає в тому, що ваші клітини більше не можуть існувати самостійно.
Натомість, трильйони й трильйони клітин працюють разом, що робить вас вами.
Перехід від одноклітинних організмів до багатоклітинних був основним еволюційним переходом, в результаті якого тепер ваше тіло являє собою два різні рівні життя — ви, як єдине ціле і ви, як колонія.
Цей факт дивовижний.
У клітинах всіх еукаріотів, і одноклітинних і багатоклітинних, є крихітні структури під назвою мітохондрії.
Вчені вважали, що мітохондрії є всього лише частинами клітини.
Однак, в кінці 1960-х Лінн Маргуліс, поєднавши й проаналізувавши багато інших відкриттів, показала, що мітохондрії, поза всякими сумнівами, були колись вільно живучими бактеріями.
Мітохондрії мають власну ДНК.
Вони живуть, розмножуються і навіть помирають самі по собі всередині своїх більших господарів.
Мітохондрії живляться поживними речовинами, які виробляє клітина, але вони не є паразитами.
В обмін на їжу, яку вони споживають, мітохондрії виробляють і виділяють спеціальні молекули — АТФ, які наші клітини використовують як джерело енергії.
Вбийте мітохондрії, і клітина теж помре.
Це відкриття означає, що ви не два рівні життя, а три: ви, як цілий організм; ви, як колонія взаємодіючих клітин; і кожна з ваших клітин, як сукупність взаємопов’язаних і взаємозалежних структурно функціональних одиниць.
Але є ще дещо набагато складніше.
Всередині кожної з ваших клітин, в кожній з ваших мітохондрій є геном — сукупність генів, які разом дозволяють вам рости, функціонувати й розмножуватися.
На початку 1970-х Теодор Отто Дінер досліджував причину захворювання картоплі.
Збудниками, які він відкрив, були найменші, надзвичайно прості, здатні до самовідтворення структури.
Він назвав їх віроїдами.
Вони не є клітинами, вони не є навіть вірусами, натомість вони є вільно живучими генами у вигляді молекули РНК.
Поширюючись від рослини до рослини за допомогою комах, сільськогосподарської техніки, чи навіть вітру, віроїди використовували хімічні процеси й поживні речовини всередині рослинних клітин для самовідтворення.
Існування вільно живучих генів чітко указує на те, що геном перших клітин на Землі й, як наслідок, геноми сучасних клітин можуть вважатися сукупністю окремих генів, що працюють спільно.
Іншими словами, ваше тіло являє собою чотири рівні життя: ви, як ціле; колонія ваших клітин; велика кількість взаємопов’язаних частин всередині кожної клітини; і сукупність, або набір генів, що утворюють геном кожної клітини.
Кожен новий рівень життя є результатом того, що вчені називають головними еволюційними переходами.
Якою ж була причина цих переходів?
Відповідь — співпраця.
Основний перехід починається, коли окремі живі істоти об’єднуються, щоб сформувати групу для примітивної співпраці.
Учасники групи можуть вільно долучатися до неї й покидати її.
Якщо група тримається разом достатньо довго, в ній часто розвивається поділ праці.
Окремі учасники починають спеціалізуватися на різних задачах.
З часом ці клітини можуть стати настільки спеціалізованими, що більше не зможуть жити окремо і самостійно.
Коли всі учасники групи стають заручниками співпраці, а також повністю залежними один від одного, щоб мати змогу жити й відтворюватися, формується новий суперорганізм.
А це означає завершення еволюційного переходу.
З цього моменту вся група буде розвиватися як єдине ціле.
Моделі, що описують природні ситуації, і які могли б сприяти еволюції основних переходів, були запропоновані вченими, як от Джон Мейнард Сміт, Йорш Сатмарі, Стюарт Вест і Вільям Дональд Гамільтон.
Використовуючи ці моделі, дослідники змогли зімітувати природні ситуації та умови в лабораторії, дозволивши нам безпосередньо спостерігати початкові стадії розвитку основних переходів.
У 1998-му дослідники створили міні-екосистему з маленькими протистами й одноклітинними водоростями.
Протисти можуть легко поглинути одиничні клітин водоростей, але не здатні зробити це з клітинами, які злиплися після розмноження.
Менше ніж через 20 поколінь ці водорості розвинули багатоклітинну співпрацю.
Вони утворили групи з восьми тісно пов’язаних клітин, які не можуть бути з’їденими протистами.
Схожий експеримент з одноклітинними грибами — дріжджами — в 1911-му показав, що всього лиш після 32-х днів після того, як еволюціонували багатоклітинні колонії, чіткий поділ праці також спричинив розвиток унікальних типів клітин, які спеціалізувалися на різних завданнях.
Ці два експерименти показують нам, як вперше розвинулися багатоклітинні організми.
Але, як щодо мітохондрій і їхнього ендосимбіозу з еукаріотами?
У довготривалому дослідженні, що завершилося у 2008-му році, було помічено, що протисти, які зазвичай їдять бактерії, іноді поглинають водорості, яких вони не здатні перетравити.
Усередині протистів ці водорості були здатними рости й розмножуватися.
Коли протисти розмножувалися, то в обох дочірніх клітинах містилися ці водорості.
Після кількох років і багатьох поколінь дослідники виявили, що коли виникала нестача бактерій для їжі, то протисти з водоростями всередині мали набагато більше шансів вижити, ніж протисти без водоростей.
Вони уникали голодної смерті, харчуючись продуктами життєдіяльності водоростей.
Це був початок цілком нових взаємовідносин.
Дуже схожих на те, що відбувається між нашими клітинами й мітохондріями, що живуть всередині.
Отож, підсумуємо.
Що ж викликало основні еволюційні переходи життя?
Відповідь: взаємовигідна співпраця.
Основні переходи починаються, коли група організмів об’єднує зусилля, щоб краще виживати й розмножуватися.
Якщо співпраця триває достатньо довго, то в результаті може розвинутися новий суперорганізм, який потім зможе почати розмножуватися і розвиватися як єдине ціле.
Шлях, який привів до появи тварин разом з людством, характеризується, як мінімум, трьома основними переходами, які дали початок чотирьом рівням життя у вашому тілі.
Експерименти в лабораторії дозволили нам без посередньо спостерігати початкові фази основних еволюційних переходів.
Я, Джон Перрі й Основні еволюційні переходи.
Стейтед Кліерлі.