Книга: Я познаю мир. Ботаника

Наши общие предки

Наши общие предки

На нашей планете было время, когда ни животных, ни растений еще не существовало в природе. Первобытные моря и океаны населяли бактерии и одноклеточные ядерные организмы, похожие на современных простейших. Некоторые из них чем–то больше напоминали растения, другие – животных, третьи – грибы. Были среди них и такие клетки, которые «пробовали» объединяться в колонии, чем–то напоминающие колонии современного вольвокса. Это было время великих экспериментов природы: первые ядерные организмы испытывали разные способы питания, колониальные простейшие делали первые шаги к «изобретению» многоклеточности, впереди было возникновение сложно устроенных многоклеточных растений, животных и грибов.

Первые ядерные организмы, появившиеся на планете, дали начало трем царствам живых организмов: растениям, животным и грибам. Мы не знаем, как выглядели эти далекие общие предки, но можем представить, какими они могли быть, глядя на современных простейших. Почему именно на простейших? Да потому, что только среди них мы находим организмы, сочетающие в себе признаки и растений, и животных, и грибов.

О том, что какие–то древние организмы, похожие на простейших, могли быть предками растений, грибов и животных, говорит уже одно разнообразие их способов питания. Динофлагелляты фотосинтезируют, как растения, и заглатывают твердые органические частицы, как настоящие животные. Эвглены, диатомеи и хламидомонады при случае легко переключаются от фотосинтеза к поглощению пищи путем всасывания, характерному для грибов. При этом простые органические вещества всасываются клеткой прямо через мембрану. Даже «животноподобные» инфузории могут использовать «грибной» всасывающий тип питания.

Это примитивное простейшее совмещает признаки жгутиконосцев и амёб

Согласитесь, что такое разнообразие способов питания делает простейших довольно универсальными организмами. По сравнению с ними растения, грибы и животные – узкие специалисты, идущие каждый по своему пути. В мире живой природы универсальность какой–либо группы организмов обычно свидетельствует о ее древности и о том, что она является предковой по отношению к более специализированным группам. Природа сначала «пробует» различные варианты, а потом отбирает из них самые подходящие.

Растения, грибы и животные отказались от универсальности своих предков и развили каждый свои способности, достигнув в них совершенства. Но приобрести, не потеряв, невозможно... Растения монополизировали процесс фотосинтеза, но при этом потеряли подвижность. Животные сохранили подвижность, но, потеряв способность создавать органические вещества для собственного питания, попали в полную зависимость от растений. Грибы отказались и от фотосинтеза, и от подвижности, зато «научились» питаться веществами, которые не по зубам ни одному животному. Помимо всеядности грибы приобрели способность вырабатывать такие химические соединения (антибиотики и некоторые витамины), производство которых не смогли освоить животные и растения.

«Специальности» растений, грибов и животных

Среди простейших встречаются как организмы, лишенные клеточной стенки, так и с целлюлозной оболочкой. Помните, целлюлоза – основной компонент клеточной стенки растений, а клетки животных характеризуются как раз отсутствием какой–либо клеточной стенки?

Интересно, что хитин – вещество клеточной стенки грибов и наружного скелета беспозвоночных животных – найден и у некоторых простейших, правда, в составе раковин и домиков. Но сам факт того, что такие разные организмы, как беспозвоночные животные, грибы и простейшие, могут образовывать одно и то же вещество, дает нам право предполагать, что у этих далеких друг от друга организмов были общие предки.

Изучение простейших позволяет представить не только, как выглядели наши общие с растениями и грибами предки, но и то, как происходила эволюция многоклеточности.

Реконструировать основные этапы возникновения многоклеточности нам поможет изучение строения колоний некоторых простейших.

Мы уже знакомились с хламидомонадой и вольвоксом и сказали о том, что из–за внешнего и внутреннего сходства их клеток ученые считают их самыми ближайшими родственниками. Те же родственные связи объединяют с хламидомонадой еще два колониальных простейших: гониум и эвдорину. Отдельная клетка из колонии гониума, эвдорины или вольвокса ничем не отличается от хламидомонады, за исключением одного момента – клетки хламидомонады никогда не объединяются и живут только поодиночке.

Колония гониума представляет собой четырехугольную пластинку, состоящую из 16 клеток. Все клетки колонии появляются за счет 4 последовательных делений одной клетки–основательницы.

Гониум

Все клетки колонии в одинаковой степени подвижны, чувствительны к свету, способны к размножению. Фактически они ничем не отличаются друг от друга, а от одноклеточных хламидомонад отличаются только тем, что живут вместе. Но при выращивании в искусственной богатой питательными веществами среде колония гониума может распадаться на более мелкие восьми– и четырехклеточные и даже может жить в виде одиночных жгутиковых клеток. Такая непрочная связь между членами колонии наталкивает на мысль о тесном родстве между отдельно живущими клетками хламидомонады и объединенными клетками гониума.

Следующий шаг на пути к многоклеточности делает близкий родственник гониума – эвдорина. Шарообразная колония эвдорины

состоит из 32 клеток (посчитайте, сколько делений должно произойти, чтобы из одной клетки–основательницы получилась колония эвдорины). На «головном» конце колонии находятся клетки с более крупными глазками, они определяют направление движения всей колонии. Как и у гониума, все клетки в колонии эвдорины подвижны и способны к самостоятельному питанию, но одинаковыми их назвать уже нельзя. Клетки «головного» конца взяли на себя «руководящую функцию», но взамен потеряли способность к размножению. Здесь уже заметно некоторое разделение труда между членами колонии: часть управляет, часть размножается.

Эвдорина

Колония вольвокса еще больше напоминает многоклеточный организм, в котором разные виды клеток выполняют отдельные функции: одни направляют движение всего организма, другие добывают пищу, третьи размножаются. Как у эвдорины мелкие и «глазастые» клетки «головного» конца направляют движение всей колонии, так и вольвокс плывет вперед тем полюсом, на котором сильнее развиты глазки. Но если у эвдорины способность к размножению потеряли только эти «руководящие» клетки, то вольвокс пошел еще дальше. В многотысячной колонии вольвокса способностью делиться обладают только 4—10 клеток. Эти клетки неподвижны и не могут самостоятельно питаться – их главная и основная задача – размножение. Внутри колонии возникает обстановка неравенства: несколько клеток, в обязанности которых входит продолжение рода, питаются и растут за счет многих тысяч неспособных к делению вегетативных клеток. Получается, что вся огромная колония трудится не покладая рук, чтобы прокормить несколько делящихся клеток. И не кормить нельзя – от них зависит продолжение всего рода вольвоксов.

Вольвокс

Как видите, в колонии вольвокса разделение труда между разными видами клеток еще сложнее, чем у эвдорины: вегетативные клетки обеспечивают движение и питание всего «организма», несколько клеток «элиты» участвуют только в размножении, а «направляющие» клетки руководят движением, но кормят себя еще сами.