Биохимична еволюция на живота Част 3

Биохимична  еволюция на живота

Произход на клетката


Запознавайки се с механизмите на възникване на живота, неизменно достигаме до  въпроса как от простите химични съединения и реакциите, които се извършват в  неорганична среда се е зародил същинският живот, който е дал начало на  еволюцията такава, каквато я познаваме днес. Безспорно това е много труден  въпрос за съжаление около които почти няма светлина, която да ни покаже пътя,  към същинската поява на живота. Разгледаните до тук химични процеси, които ни  дават представа за началните етапи на живота ни дават сведения за неорганичният  прозход на живата материя, но пред нас стой проблема за преминаването на тези  известни ни химични процеси в биологични! Или казано по просто, как и кога е  станало преминаването на химичната еволюция в биологична. Едва след отговарянето  на този въпрос, ще имаме ясна представа, за протичащите процеси, които са се  извършвали в предбиологичните и биологичните етапи от развитието на материята.  Познавайки отделните стъпала на еволюцията на първите синтези
 рани органични молекули и представите ни за РНК-свят, сега трябва да  обърнем внимание на следващият и най-важен етап от еволюцията на живота:  Еволюцията на клетката…
Клетката представлява най-малката единица на живота, която го представлява и се  явява един много сложен свят на финно регулирани механизми, които си  взаимодействат по много точно изчислени процеси, които съставляват същността на  клетката, като носител на живота. Едва след появата на клетката като биологичен  феномен на нашата планета, вече можем да говорим за биологична еволюция дала  тласък на развитието на всички живи организми. Изясняването на процесите довели  до тези събития стоят в основата на разбирането ни за това как е възникнал  живота и какво представлява.
Характеристика на клетките- особенности
Клетката като жива и отворена система е извънредно сложно устроена и точно този  аспект представлява основна трудност относно нейното проучване.Както знаем днес  клетките могат да се разделят на две основни групи, изграждащи всички живи  организми: прокариоти и еукариоти. Прокариотите представляват клетки, които са  по-просто устроени от еукариотните си роднини и проявяват всички характеристики  на жив организъм. Затова и всяка една отделна прокариотна клетка се смята за  отделен организъм, който може да съществува самостоятелно при наличието на  благоприятни условия на средата. Прокариотите за разлика от еукариотите имат  ядро, което не е ограничено от цитоплазмата с мембрана, затова се нарича и  нуклеоид. Именно там е събрана една голяма част от генетичната информацията на  прокариотната клетка. Самата тя е отделена от околната среда чрез клетъчна  мембрана върху, която се разполага клетъчна стена изградена от различни по  сложност органични съединения. Клетъчната мембрана е основна пр
 едпоставка за съществуването на клетката. Друга много важна предпоставка  за нейното съшествуване е цитоплазмата. Тя прествлява смес от около 90% вода, и  органични включения на различни биоорганични съединения, които клетката може да  изплзва при необходимост. В цитоплазмата се намират и огромен брой рибозоми, които  свидетелстват за синтезирането на голямо количество белтъци, които синтезират  прокариотите. Наред с всичко изброено дотук, трябва да споменем и наличието на  структури наречени плазмиди, които представляват нуклейнови киселини, носещи  2-3 гена определящи резистентността на клетката към различни антибиотици.
От разгледаното дотук, може да се заключи, че прокариотите представляват  изходен пункт на нашите изследвания относно еволюцията на клетката.
Разглеждайки сравнително просто устроената прокариотна клетка, идва редът на  еукариотната еволюционна машина, на която дължим развитието на многоклетъчните  животни и на самите нас.
Еукариотните клетки са с извънредна сложност и подреденост. Техните основни  структури- клетъчно ядро, клетъчна мембрана и цитоплазма си взаимодействат с  много на брой и различни по вид клетъчни органели. Не е нужно да се влиза в  странични отклония, които да обясняват функциите и структурата на тези  органели, важното е да се знае, че те са с различен еволюционен произход и са  възникнали в резултат от усложняването на клетката с течение на времето.
След като разгледахме в об6ти линии какво представляват pro- и еукариотните  клетки, се трябва да видим предполагаемите механизми, за възникването им като  структури на живота. Редица автори са склонни да приемат широкоразпространената  теория, че еукариотите са произлязли от прокариотните организми. Това би  означавало, че прокариотите са преки „роднини“ на еукариотните си  „братя“. Това е вярно в известна степен, но има редица доказателства,  които както оборват подобна теза, така и такива, котио говорят в нейна полза.  По скоро днес се приема, че прокаритите и еукариотите са две направления в  еволюцията, които следват свои различни пътища на развитие. Те по-скоро трябва  да се разглеждат като роднини, които имат общ родител, а не като преки роднини  (като пример можем да споменен човека и шимпанзетата. Както шимпанзетата, така  и хората са един вид маймуни. Найстина хората високо развити, но следващи  сравнително същите еволюционни пътища като другите организми. Днес никой не  смята,
 че хората са пройзлезли от шимпанзетата,в хода на еволюцията. Ние с  нашите „горски приятели“ трябва да се разглеждаме като братовчеди,  които имаме общ роднина, които ни свързва. Ние всички сме негови наследници,  макар и отдалечени еволюционно. Именно това е онова липсващо звено, което  палеонтолозите се опитват да откpият толкова време).Намирането на един такъв  изчезнал „роднина“ ще даде много важна информация относно развитието  както на pro- така и на еукариотните клетки. Следвайки този ред на мисли трябва  да се отбележи, че този изчезнал пряк роднина, трябва да е имал  характеристиките на съвременните прокариоти, макар и не съвсем вярно. Какво се  има впредвид. Първичната клетка трябва да е отговаряла на редица условия, които  са били задължителни, за да можем да я наречем жива клетка…
Биохимична еволюция на първичната клетка
След предпоставката за създаването на нуклейнови киселини, които могат да  осъществяват каталитична функция, и наличието на коарцеватни капки в първичния  бульон, вероятно се е осъществила агрегация на тези елементи намиращи се във  океана. Те са се „събрали“ по неизвестен за сега начин, по такъв  принцип, които им е посволявал въштествуване, при изключително агресивна среда.  Навлезлите първични нуклеинови киселини в липидните капки да допринески за  стабилизирането на комплекса, които по-късно ще доведе до възникването на  първичната клетка. Тази кооперация може да се разглежда като симбиоза между два  различни „вида“ с цел взаимна изгода. РНК е намерила подходяща среда  за своите синтежни процеси,а липидната капка е получила стабилност в резултат  на синтезираните от РНК пептидни молекули, които са са присъединявали, към  липидния двоен слой на коарцевата. Предполага се, че тези първично синтезирани  белтъци са подпомогнали навлизането на различни органични вещества отвън и  отвътре на
 зараждащата се клетка. С течение на времето тази самозародила се  кооперация се е развивала под действието на УВ-лъчите, които са водели до  различни мутации в структурата на РНК- и по този начин до нови комбинации от  белтъци, които са обогатявали комплекса. С течение на времето тази вече  закрепила се структура е започнала все по-точно и по-точно да изпълнява строго  определени функции, като например набавянето на енергия за системата. Точно в  този момент се е случило едно изключително събитие без което днес нямаше да  обсъждане този въпрос. Под влияние на стабилните условия в които се е намирала  системата се е създала предпоставка за бързото копиране на РНК, чрез процеса на  транскрипция. Това е довело до безконтролно натрупване на нуклеинови киселини в  ограничената коарцеватна капка. Неизбежно това е водело до разкъсването на  първичният комплекс и попадането на „съдържанието“ в околната среда.
В този момент се е появило контролираното разделяне на молекулите РНК, които са  се намирали вътре в коарцевата. Това е създало предпоставка за закрепването от  отбора само на тези клетки, които са се спъвяли успешно с овладяването на този  процес. Това явно е станало като синтезираните РНК-и са се ограждали вътре в  клетката с белтъчни молекули, върху, който се е образувал фосфолипиден  молекулен слой, които ги е отделял от околната среда. Така ограждайки се  еднавременно от вътрешността на коарцевата и околната среда вече е можело да се  отдели новата клетка в първичният океан. Не е изключено, гените за  синтезирането на белтъцие, върху които са се натрупвали фосфолипидните  молекули, след определен етап в еволюцията да са влезли и в състава на гените  вече на ДНК, и по този начин да са подпомогнали развитието на процеси, като  митозата и майозата!
Овладявайки процеса на финно „разделяне“ стабилизираната стурктура е  имала много повече възможности да оцелее в заобикалящата я среда. Тези от  комплексите, които не са успяли да доразвият този фин механизъм са отпаднали от  отбота по естествени причини. Тхното отношение РНК/вътрешна повърхност на  коарцеватната капка, бързо са се изменяли и равновението не могло да бъде  възстановено.
Всичко изложено по-горе трябва да се разглежда от днешната наука, като една  хипотетична предтава за това как е било възможно да възникне първата клетка.  разбирайки процесите, които са се извършвали ние стигаме до извода, че етапа на  превръщането на простата каоцеватна капка в сложно устроена клетка, не никак  лесен. Предполага се, че са съществували първични биохимични механизми, които  не са ни известни днес, лежащи в основата на първите сложно устроени процеси.  Това най-вероятно ще са процеси, много наподобяващи днешните гликолиза, Цикъм  на Кребс и други метаболитни пътища.
Дори и да приемеме по горната хипотеза,се стига до момента, който трябва да  разгледаме, начина по който праклетката е получавала енергия от заобикалящата я  среда. Тя трабва да е имала вече изграден механизъм за разграждането на  различни вещества, от който да получава необходимата и за съществуването  енергия. Днес, се предполага, че това е бил катаболитен път на  разграждане,подобен на гликолизата (катаболитен биохимичен път на разграждането  на 1 молекула глюкоза на две молекули пирогроздона киселина). Не трябва  автоматично да се преписват всички особенности на този процес върху първият път  за разграждане. Безспорно гликолизата е един от най-старите биохимични процеси,  който познаваме. Тя може би се е зародила в този си вид преди около 2,2  милиарда година, когата се е извършвала първата голяма еволюционна промяна-  преминаването на праклетката в клетка, такава каквато разбираме в днешният и  вид- наподобяваща прокариотен органим. Първият път на биохимично разграждане на  органични
 молекули, е бил безспорно много важен момент в еволюцията на клетката. Но  както знаем от биологията има много клетки, които използват енергия при  окислението на неорганични вещества- Х2С, НХ4, и други. Те окисляват редица  различни неорганични вещества и получават от това енергия. Имат точно  определени и организирани биохимични пътища за това. Следователно, те не се  нуждаят пряко от органични молекули за да съществуват. Това ни навежда на  мисълта, че тези организми, ще да са се появили доста отдавана в еволюционно  отношение, преди тези, които могат да използват за синтезните си нужди вещества  изцяло от органничен произход. Тези организми наречени автотрофни са способни  да произвеждат свои собствени органични молекули ида ги натрупват с цел  използването им при неблагоприятни условия. Много вероятно е тези организми да  са започнали и отделянето на свободен кислород в тогавашната атмосфера и по  този начин тя от редуцираща да се е превърнала в такава с окисляваща (такава,  какват
 о я наблюдаваме днес).
Произхода на клетката като сложна съставна система изисква големи усиля при  формирането на научните методи за изследването на този процес. Предполагайки и  изказвайки различни хипотези за произхода на клетката, ние разглеждаме само  страната на поява на тази структура, която най-много се доближава до днешните  прокариотни клетки. Това, създава измамно усещане за разбирането на сложните  процеси протичащи в клетката. Освен прокариотни организми, обаче на лице са и  много по-сложно устроените еукариоути. Те не само са едно стъпало по-високо в  еволюционната стълба, но и не се подлагата на експериментално  „обработване“ от страна на научни методи. Като най-прост пример тук  може да се спомене само клетъчното ядро със всичките му сложни съставни части:  хроматин, хистони, ядрен сок и други, които ни посказват, че трябва да се обърне  внимание на отделен под етап в еволюцията на клетката: еволюция на еукариотната  клетка.
Това ще бъде обект на бъдещи изследвания, за сега ограничените ни познания за  еволюцията на клетката ни помагат само косвено да предполагаме, как е протекъл  сложният процес на формиране на структурите, които са довели до създаването на  първата клетка в историята на Земята.

Относно думата коарцеват, която употребявам в статия 1 и 3 тя означава: събирам, натрупвам. Идва от латинското coarcevatio-събран.

Автор: Иван Божидаров

Добави коментар

Извести ме
avatar

Related posts

By continuing to use the site, you agree to the use of cookies. more information

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close