Первичная вода. Вольвокс

В Калифорнии ревю указывается на проведенный эксперимент с водой, чей состав близок к составу термальных источников в первичном океане. В реакционный сосуд с водой, содержащей диоксид углерода  и железо, нагретый до температуры 130 ° С был добавлен хром и сульфид никеля. После этого наблюдалось образование маленьких мембраноподобных образований вокруг молекул. Эксперимент доказывает процесс образования в воде самоорганизующихся мембранных структур. Эксперимент базировался на основе гипотезы Ваштерхаузера (Wächtershäuse), связанной с возникновением жизни в условиях термальных источников. Однако, в составе термальной воды нет кальция и кремния, необходимых для формирования скелета живых организмов. Вероятно, живые формы, зародившиеся на ранних этапах эволюции впоследствии исчезли или эволюционировали до микроводорослей и других форм. Важным обстоятельством является то, что в этих внешних условиях наблюдается тенденция к самоорганизации живой материи. Авторы эксперимента указывают, что щелочная вода – один из факторов для структурирования мембран. Минеральная вода, взаимодействующая с карбонатом кальция, как и морская вода, являются щелочными.

Рис. 40. Пузырьки в карстовом источнике, Златна Панега, Тетевенский край, Болгария. фотограф: Александр Игнатов

Когда мы рассматриваем вопрос о самоорганизации в природе, наблюдается чрезвычайно интересный пример в карстовых источниках Златной Панеги, Тетевенский край. Водоросли окружены пузырьками размерами 3-5 мм. Пузырьки сохраняются достаточно долго – часами или даже днями. Сама вода, которая по спектру похожа на растения, «старается» сохранить самоорганизовавшиеся структуры. Во время исследования, температура окружающей среды была 5°C. (рис. 40).

Ярким примером самоорганизованных структур является род подвижных колониальных микроорганизмов Вольвокс, относящийся к зелёным водорослям, в которых насчитывается от 200 до 50 тысяч клеток, соединённых протоплазматическими нитями, а полость заполнена жидкой слизью (рис. 41). Клетки Вольвокса образуют шаровидное тельце размером до 3 мм. От каждой клетки наружу отходят два жгутика, колебания которых обеспечивают подвижность Вольвокса. Благодаря движению жгутиков вольвокс перекатывается в воде. Каждая клетка выглядит как самостоятельное простейшее, но все вместе они образуют целую колонию, поскольку они соединены друг с другом. При размножении вольвокса некоторые клетки погружаются в глубь шарика, где они делятся, образуя несколько новых молодых колоний, которые выходят из старого вольвокса наружу.

Рис. 41. Вольвокс

Вольвокс – самый примитивный многоклеточный организм на Земле – он представляет сферу из соединенных между собой фотосинтезирующих клеток в слизистом матриксе. При этом, у такого простого многоклеточного организма уже имеется клеточная дифференциация: одни клетки выполняют роль соматических, а другие становятся репродуктивными. В свою очередь из репродуктивных клеток могут формироваться дочерние колонии. Как и у других водорослей, в жизненном цикле вольвокса имеется бесполое и половое поколение, то есть одни колонии получаются вегетативным путем (без оплодотворения), а другие — в результате слияния половых клеток (рис. 42).

Рис. 42. Этапы развития Вольвокса. Из статьи D. L. Kirk (2005).

Развитие вольвокса имеет ряд удивительных особенностей самоорганизации, усложнения, сохранения и обмен информации живой материи. Однако самым любопытным фактом, является то, что такое важное эволюционное событие, как появление многоклеточности, на протяжение эволюции происходило неоднократно у разных групп животных и растений. Однако, рекордсменом, достойным книги Гиннеса, является семейство водорослей, к которому принадлежит вольвокс: многоклеточность в нем возникала независимо не менее 9 раз.

Рис. 43. Клетка с геномом другой  клетки, Вентер

В 2010 г. был осуществлён эксперимент американского учёного Крейга Вентера, который доказал способность передачи информации от одной клетки к другой. Он химическим путем модифицировал геном бактерии Mycoplasma mycoides и вставил его в клетку другого микроорганизма — Mycoplasma capricolum, из которой перед этим были удалены все гены (рис. 43). Полученный генный конструкт выжил, стал размножаться и повел себя как обычная бактерия Mycoplasma mycoides. Таким образом, впервые в мире удалось создать искусственный геном – своеобразный биокомпьютер и заставить живую клетку жить с этим генетическим кодом.

Человеку удалось создать химерный гибридный организм из двух прокариот в отличие от природы,  создавшей жизнь до уровня клетки из воды, атомов и молекул окружающей среды.

Так, на основе многочисленных исследований, доказательств и модельных экспериментов человеческий ум стремится постичь загадку происхождения и эволюции жизни, зародившейся в воде и покорившая впоследствии все природные стихии.

Д-р И. Игнатов, Олег Мосин, к. х. н.