Умный и сознающий. 4 миллиарда лет эволюции мозга

Бактерии поражают своей способностью выживать в самых суровых условиях. Сегодня самые сложные условия для бактерий создают антибиотики: они борются с бактериальными инфекциями, повреждая клеточную мембрану, в результате чего нарушается баланс между содержимым клетки и внешней средой. Клетка теряет белки и другие ресурсы, необходимые ей для выживания, – и она погибает. Свою статью, размещенную в онлайн-журнале The Atlantic Monthly, Майкл Бэйм снабдил видеороликом, на котором мы видим огромную чашку Петри с концентрическими кругами антибиотиков. Чем ближе к центру чашки расположен круг, тем выше в нем концентрация препарата. Затем на край чашки, где антибиотиков не было, высадили бактерии. Поведение бактерий снимали на протяжении многих месяцев. Они делились (в среднем каждая клетка делится несколько раз в час) и двигались в направлении колец антибиотиков. Сначала вся бактериальная группа избегала ближайшего к краю кольца. По мере деления клеток новые поколения научились выживать в условиях самой слабой дозы антибиотика и переместились во вторую зону, а потом и дальше, постепенно покрыв всю чашку Петри. Эксперимент в режиме реального времени показал, как появляются резистентные к антибиотикам штаммы бактерий.

В общем, бактерии – настоящие мастера выживания. Нервной системы у них нет, поэтому они способны преодолевать самые тяжелые испытания – такие, которых наша нервная система помогает нам избегать. По крайней мере, пока.

Глава 14 Появление органелл

Иногда шесть царств биологических видов группируют в три надцарства (рисунок 14.1): первые два состоят из бактерий и архей, а третье – из организмов, которые к бактериям и археям не относятся, – другими словами, из всех членов царств простейших, растений, грибов и животных. Это надцарство называется «эукариоты». К числу бактерий и архей относятся только одноклеточные организмы, а к эукариотам – как одноклеточные существа (простейшие), так и многоклеточные (растения, грибы, животные).

Рисунок 14.1. Царства и надцарства живых организмов

В период между 3,5 и 2,0 миллиарда лет назад бактериям и археям ни с кем не надо было делить Землю – и вдруг на планете появились эукариоты. Первые из них были такими же одноклеточными микроорганизмами, как бактерии и археи, но от своих предшественников они отличались сразу несколькими принципиальными особенностями.

У всех клеток есть окруженная клеточной мембраной цитоплазма, а в цитоплазме содержится ДНК. У бактерий и архей ДНК свободно плавает внутри клетки, но у эукариотов она была изолирована от остальной цитоплазмы (рисунок 14.2). В дословном переводе слово «эукариот» означает «настоящее зерно» (от греч. eu – «настоящее» + karyo – «зерно»), или «камера». Центр клетки, в котором содержится ДНК, называется «ядро». Бактерии и археи называются прокариотами, что в буквальном переводе означает «не имеющий зерна».

Рисунок 14.2. Прокариотическая клетка против эукариотической

Эукариотическое ядро окружено ядерной мембраной. Такие структуры, заключенные в мембрану и существующие в цитоплазме эукариотических клеток, называются «органеллы» (то есть маленькие органы). Другой тип органелл – митохондрии – это машины, предназначенные для преобразования энергии; их производительность намного выше способности прокариотов вырабатывать энергию. Еще у эукариотов в цитоплазме есть такие структуры, как эндоплазматический ретикулюм и комплекс Гольджи, которые принимают участие в производстве и регулировании белков, созданных в ядре под руководством ДНК.

В отличие от прокариотов, у большинства эукариотических клеток нет клеточной стенки; их единственная оболочка – это клеточная мембрана (исключением являются только клетки растений, у которых есть и стенка, и мембрана). В отличие от клеточной стенки, клеточная мембрана не твердая, поэтому у большинства эукариотов клеточная структура должна сохраняться каким-либо другим способом, а именно сложной системой белковых волокон, формирующих внутреннюю матрицу под названием «цитоскелет» (клеточный скелет). У прокариотических клеток цитоскелет тоже есть, но не такой сложный, потому что ему не нужно поддерживать форму клетки.

Цитоскелет эукариотов играет еще одну важную роль – роль системы химического транспорта, способствующего взаимодействию разных частей клетки. Как станет ясно позднее, это очень важная функция, ведь клетки эукариотов крупнее клеток прокариотов и какой-либо способ химического взаимодействия отдельных частей был этим клеткам необходим. Кроме того, в них должны были произойти определенные метаболические изменения, ведь увеличенный объем клетки нужно поддерживать; роль поддерживающего механизма играют митохондрии.