Население Земли как растущая иерархическая сеть

«Во-первых, мы можем предположить, что первые клетки, появившись в одном или нескольких немногих местах, затем почти сразу умножились, подобно тому, как распространяется кристаллизация в пересыщенном растворе. Не была ли молодая Земля в состоянии биологического перенапряжения? Во-вторых, исходя из тех же условий первоначальной неустойчивости, мы можем также вообразить, что переход от мегамолекул к клетке произошел почти одновременно в очень многих местах. Не так ли совершаются великие открытия в самом человечестве?» Пьер Тейяр де Шарден [29]

По-видимому, существует некоторый порог, ниже которого не может опускаться сложность таких самовоспроизводящихся систем, и их случайное возникновение очень трудно, практически невозможно, объяснить на основе дарвиновской теории эволюции.

Первые живые организмы возникли на Земле около четырех миллиардов лет тому назад. В результате их эволюции 3,5–3,8 миллиарда лет тому назад появился LUCA (Last universal common ancestor): последний универсальный общий предок – промежуточное звено между преджизнью ранней Земли и первыми микробами, от которого произошли все организмы, ныне живущие на Земле. LUCA является последним общим предком всей жизни на Земле. Окаменелых останков LUCA не сохранилось, поэтому изучать его можно только путём сравнения геномов.

LUCA, вероятно, имел кольцевую ДНК, свободно плавающую в клетке, как у современных бактерий. Карл Вёзе, предложивший трёхдоменную систему живого мира на основе последовательностей рДНК бактерий, архей и эукариот, утверждает, что LUCA был более прост, чем отдельные предки, давшие начало трём доменам жизни. Т. е. прокариоты, предки эукариот, давших начало многоклеточным организмам и, соответственно, всему многообразию форм жизни, включая человека, имеют более позднее по сравнению с LUCA происхождение. Прогрессия эволюции датирует это событие 3,45 млрд лет.

Появление эукариот: первых одноклеточных организмов

Согласно наиболее распространённым гипотезам, эукариоты появились 1,6–2,1 млрд лет назад. Важную роль в эволюции эукариот сыграл симбиогенез – симбиоз между эукариотической клеткой, видимо, уже имевшей ядро и способной к фагоцитозу, и поглощёнными этой клеткой бактериями – предшественниками митохондрий и пластид. А.С. Раутиан по поводу проблемы происхождения эукариот:

«Разделение организма на сому и герму обусловлено, прежде всего, тем, что задачи хранения наследственной информации и функционирования предъявляют к своей материальной основе противоположные требования… для поддержания сомы необходима динамика, а для сохранения гермы с ее наследственной информацией – покой. Компромисс между этими противоположными требованиями достигается путем пространственного разделения сомы и гермы внутри организма».

Но этим далеко не исчерпывается биологический смысл обособления клеточного ядра. Важнейшее отличие эукариотических организмов от прокариотических состоит в более совершенной системе регуляции генома. Ядро – не только место хранения, но и область считывания и репликации ДНК, а главное – активной регуляции транскрипции и посттранскрипционных модификаций РНК.

Благодаря этому у эукариот появилась возможность развития сложных механизмов модификационной изменчивости. Таким образом, был достигнут принципиально более высокий уровень приспособляемости организмов. Именно благодаря своей способности формировать в зависимости от условий морфологически и функционально различные клетки, при неизменном геноме, одноклеточные эукариоты оказались способными в дальнейшем развить, во-первых, сложные жизненные циклы и половое размножение и, во-вторых, – многоклеточность.

Как у простейшего со сложным жизненным циклом, так и у многоклеточного организма – один и тот же геном, который благодаря сложной системе регуляции экспрессии генов в разных условиях обеспечивает развитие принципиально различных типов клеток. Способность прокариот к такого рода модификациям на порядок ниже.