Во времена Скучного миллиарда

- Во времена Скучного миллиарда, как сейчас считают ученые, в организмах некоторых эукариотов вновь произошли коренные изменения, благодаря которым скорость эволюции этих новых эукариотов увеличилась где-то раза в два, после чего они и стали доминантами в биосфере. Но ученые, естественно, скажут, что это все произошло абсолютно случайно...

- И что же с ними такого могло произойти, что их эволюция ускорилась вдвое? Они опять кого-то «сожрали»?

- Чтобы ответить на этот вопрос, надо будет вспомнить цитологию и генетику, поэтому хотелось бы узнать, надо ли вдаваться в подробности или рассказать кратко?

- Лучше кратко...

- Процесс деления прокариотических клеток хоть и кажется примитивным, но при внимательном рассмотрении этот биохимический процесс очень и очень сложный. Если условия окружающей среды благоприятны, то материнская клетка начинает накапливать необходимые питательные вещества, в результате чего она несколько увеличивается в размерах. Потом специальные белки-ферменты запускают процесс репликации кольцевой молекулы ДНК, в клетке появляется перегородка... и так далее, и тому подобное.

Когда заканчивается процесс деления прокариотов, то дочерняя клетка является практически точной копией материнской клетки, поэтому эволюция прокариотов если и идет, то идет она очень и очень медленно, а примитивное строение современных прокариотов этому доказательство. С другой стороны, такой сравнительно примитивный процесс деления сильно ускоряет процесс размножения, поэтому-то значительная доля биомассы приходится на примитивных прокариотов.

У эукариотов иначе! Процесс деления клеток происходит дольше, так как такие клетки больше и по размеру, и устроены они гораздо сложнее. Цитоскелет и клеточные мембраны, под влиянием специальных белков, при процессе размножения делятся на части, а когда деление клеток заканчивается, то они потом постепенно вырастают до размеров, которые прописаны в ядерном геноме клетки. Митохондрии и пластиды содержат свои ДНК, так что они делятся независимо от деления ядра клетки...

...а вот с репликацией ДНК эукариотов все по-другому. Нет, специальные белки-ферменты, которые запускают процесс репликации, участвуют в делении ДНК, но у эукариотов молекулы ДНК не кольцевые, а линейные, и таких линейных хромосом несколько! И каждая дочерняя клетка при каждом делении должна получить одну полную копию генетического материала, представленного всеми хромосомами, иначе, если какая-то из дочерних клеток после деления получит не весь набор хромосом или получит лишние хромосомы, это приведет к геномной мутации. А геномная мутация может иметь весьма серьезные последствия для клетки, в том числе ее гибель или превращение этой клетки в раковую клетку, если она является частью многоклеточного организма. Для предотвращения таких сбоев в клетках эукариотов находится сверхсложный и высокоточный механизм расхождения линейных хромосом к разным полюсам клетки при помощи микротрубочек — так называемых белковых нитей цитоскелета. Впрочем, для нас это сейчас неважно.

- Для чего ты все это говоришь?

- У эукариотических клеток сейчас существует два типа деления: митоз и мейоз.

Митоз или вегетативное деление – это непрямое деление клетки, благодаря которому между дочерними ядрами происходит строго одинаковое распределение хромосом, что обеспечивает образование генетически идентичных дочерних клеток. Это и есть соматические клетки.

У одноклеточных эукариотов митоз является способом бесполого размножения. У многоклеточных организмов митоз, приводящий к увеличению числа клеток, является основой роста этого организма. А после митоза новообразовавшиеся клетки в многоклеточном организме могут начать превращение в специализированные клетки, выполняющие определенные функции. Такой процесс называется дифференцировкой клеток, и он лежит в основе процессов развития многоклеточных организмов.

- Брр...

- Мейоз или редукционное деление – это деление ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом в два раза. А осуществляется мейоз в организмах, размножающихся половым путем.

- Вот, блин!

- Биологический смысл мейоза, поскольку в этом процессе участвуют половые клетки двух организмов...

- ...увеличение скорости эволюции в два раза...

- Репродуктивные клетки или гаметы – это и есть половые клетки, имеющие гаплоидный, то есть одинарный, набор хромосом. При слиянии двух гамет в половом процессе образуется зигота, развивающаяся в особь с наследственными признаками обоих родительских организмов...

- Но для полового процесса нужны два организма и больше энергии...

- Не всегда! Существует партеногенез, а это так называемое «однополое размножение» или «девственное размножение» — одна из форм полового размножения организмов, при котором женские половые клетки развиваются во взрослом организме без оплодотворения. Партеногенетическое размножение хоть и не сопровождается слиянием мужских и женских гамет, но партеногенез все же считается половым размножением, так как организм развивается из половой клетки. Такое однополое размножение распространено в царствах животных и растений...

...если тебе этого мало, то в природе очень широко распространен гермафродизм, а распространен он как в растительном, так и в животном мире. Большая часть высших растений являются гермафродитами. У животных гермафродизм наиболее распространен среди беспозвоночных, насекомых, коралловых рыб...

Мир не так прост, как мы его видим! В нем все продумано до мелочей! А что касается энергозатрат на половое размножение, то половое размножение появилось, как говорят, в стенийском периоде мезопротерозоя, то есть около 1,2 миллиарда лет назад...

...когда молекулярный кислород уже не был, как раньше, дефицитным, хотя его заметная часть уходила на формирование озонового слоя...

...а мелководье, похоже, опять тогда помогло в появлении форм жизни с половым размножением: где-то в те времена стал распадаться континент Нуна, но начал образовываться континент Родиния...

...а первыми организмами, размножающимися половым путем, были, как полагают современные ученые, красные водоросли, которые являются прибрежными морскими обитателями. Во всяком случае, на территории арктической Канады были найдены окаменелости, которым, согласно современным научным оценкам, около 1,2 миллиарда лет, и которые были идентифицированы как красные водоросли Bangia, но так это или нет – точно неизвестно...

- Первыми организмами, размножающимися половым путем, были водоросли? А мне казалось...

- До появления первых «сложных» многоклеточных организмов, размножавшихся половым путем, должно было пройти еще несколько сот миллионов лет. Ученые вроде бы нашли окаменевшие грибы, которым около одного миллиарда лет от рождения, а вот подвижные многоклеточные организмы стали появляться, предположительно, лишь в конце Протерозойского оледенения, то есть около 650-635 миллионов лет назад...

...хотя, возможно, что это и раньше произошло, поскольку на острове Хайнань, который принадлежит Китаю, была найдена так называемая Хайнаньская биота, возраст которой оценивается в 840-740 миллионов лет...

...так некоторые многоклеточные организмы этой биоты достигали нескольких сантиметров в длину, поэтому их можно назвать гигантами той поры, но только непонятно могли ли те организмы передвигаться или нет, поскольку ни один из тех организмов не похож на современный живой организм. А появилась и исчезла та биота внезапно...

Схожая история и с биотой формации Доушаньто, обнаруженной также в Китае. Правда, существовала эта биота гораздо позже Хайнаньской биоты, ориентировочно 590-565 миллионов лет назад, но организмы той биоты хоть и были многоклеточными, но только были они микроскопическими, и, как пишут, они также ни на кого не были похожи. Но современные ученые не исключают, что представители биоты формации Доушаньто были передвижными многоклеточными эукариотами, которые размножались половым путем. А появилась и исчезла та биота также внезапно...

- А как многоклеточные организмы могли выживать и развиваться во времена ледникового периода, который, к тому же, шел несколько десятков миллионов лет?

- Континент Родиния стал зарождаться 1,1 миллиарда лет назад, а распадаться он начал около 750 миллионов лет назад. Раскол континентов или крупных литосферных плит – процесс очень длительный, и он всегда сопровождается вулканической активностью. Возможно, что в районах с повышенной вулканической активностью тогда сохранились и развивались многоклеточные эукариотические организмы, размножавшихся половым путем, так что здесь ничего неестественного может и не быть...

- Кстати, а почему происходит раскол континентов?

- Насколько я знаю, существует несколько причин, каждая из которых могла быть причиной раскола древних материков. Определить, какая из этих причин могла привести к расколу того или иного палеоконтинента – сейчас невыполнимо, но, возможно, что в некоторых случаях происходило сложение этих факторов...

- А если поконкретнее?

- Континент или материк – это крупный массив земной коры, но этот массив не монолитный, поскольку он состоит из разных пород, которые образовались в разные геологические периоды. В геологическом смысле, континент соответствует крупному блоку коры континентального типа и включает в себя кроме суши еще территорию прилегающей материковой окраины, которая состоит из шельфа, материкового склона и материкового подножья.

Если помнишь, то существует два принципиально разных вида земной коры – кора континентальная и кора океаническая. Некоторые литосферные плиты сложены исключительно океанической корой, та же Тихоокеанская плита может служить примером, другие состоят из блока континентальной коры, впаянного в кору океаническую, а это типичное строение тектонической плиты, на которой есть материк. Когда литосферные плиты сталкиваются...

- ...то на границе этих плит зарождаются вулканы и происходят землетрясения...

- Несколько десятков миллионов лет назад Африка столкнулась с Евразией, в результате чего начался глобальный горообразовательный процесс, который до сих пор идет и на территории Евразии, и на территории Африки...

...масса-то континентов велика, а, значит, они обладают чудовищной инерцией...

Похоже, что Африканский континент с тех пор потихоньку разворачивает, результатом чего стало появление и расширение тектонического разлома, который больше известен как Восточно-Африканская рифтовая система. Частью этого тектонического разлома является Красное море, на суше же этот тектонический разлом тянется на несколько тысяч километров. Как полагают ученые, где-то через 3-4 миллиона лет Африканский континент потеряет так называемый Африканский рог.

Существуют ли вулканы вдоль этого разлома, вернее, разломов? Да, существуют, но их сравнительно немного. Какие-то из вулканов действующие, какие-то потухшие, Земля-то уже зрелая планета, да и разломам этим уже много миллионов лет.

Сама же система Восточно-Африканских рифтов представляет собой огромные и вытянутые впадины в земной коре, возникшие в местах разрыва земной коры, которые образовались либо из-за растяжения, либо из-за продольного смещения плит. Если сказать по-другому, то в зонах расхождения старых тектонических плит зарождаются новые литосферные плиты, притом они не всегда континентального типа. Например, впадина Афар, расположенная в северной части Великой рифтовой долины, образуется океанической корой.

Это тебе самый простой пример причины тектонического разлома. А подобный тектонический разлом, в теории, мог привести к распаду какого-либо палеоконтинента. Так что не всегда столкновение континентов приводит к увеличению площади суши, иногда такие столкновения могут привести к потерям. Но есть и другие объяснения причин раскола древних материков...

- А там что?

- Толщина континентальных плит составляет в среднем 35-45 километров, а площадью они в миллионы квадратных километров. Движутся сейчас такие плиты со скоростью несколько сантиметров в год. Если на пути движения материка окажется мантийный плюм, то его горячие вулканические газы и раскаленные вулканические породы будут расплавлять вещество, из которого состоит континентальная плита. Кажется, что толщина в 35-45 километров это очень много, но и воздействие мантийного плюма на эту континентальную плиту длится не час и не год, а миллионы лет. А самый наглядный пример воздействия мантийного плюма на континентальную плиту находится на Северо-Американском континенте, который больше известен как Йеллоустонский супервулкан...

- То есть?

- По мнению ученых, так называемая Йеллоустонская горячая точка, а если по-простому, то типичный мантийный плюм, за последние 15-17 миллионов лет привел к появлению не менее 10 крупных вулканических кратеров, вернее, кальдер, которых удалось обнаружить только с помощью спутников. Если сказать это по-другому, то за 15-17 миллионов лет этот мантийный плюм прожег насквозь не менее 10 раз Северо-Американский континент...

...и когда говорят, будто бы извержение Йеллоустонского супервулкана может привести к распаду этого континента, то это не совсем так...

- Значит, мантийные плюмы не могут быть причиной разрушения континентов?

- Раньше толщина континентальных плит была меньше, а двигались тектонические плиты, похоже, быстрее, так что мантийные плюмы вполне могли «разрезать» континентальные плиты на части...

- Подожди! Мантийные плюмы являются причиной появления вулканов, правильно? Из-за извержения вулканов появляются вулканические горы...

- Вулканические породы зачастую пористые, в них присутствуют многочисленные мелкие пустоты, так что прочность таких пород не особо велика...

- Гм...

- ...ну и не забывай про фактор времени!

- Толщина континентальных плит была меньше, передвигались они быстрее...

- Гравитационное поле Луны вызывает не только приливные волны на просторах Мирового океана, из-за него происходят еще и вертикальные смещения земной поверхности! А в некоторых случаях эти смещения достигают полуметра, вроде бы мало, вот только площадь континентов составляет миллионы квадратных километров...

- И когда Луна была ближе...

- Ежесуточные вертикальные перемещения крупных блоков земной коры, мощность которых раньше была меньше, так же могли привести к разлому древних континентов, ведь континентальные платформы состоят из неоднородного материала, а их площадь велика. А это тебе третья причина, из-за которой могли распадаться древние континенты.

Как видишь, любая из этих трех причин вполне могла привести к расколу гипотетических древних континентов. Узнать же точную причину, из-за чего раскололся тот или иной палеоконтинент, пока невозможно.

- Ладно, давай, мы пока оставим геологию в покое...

- Да я вообще могу лечь спать...

- ... ты лучше мне скажи, а когда в биосфере в большом количестве стали появляться крупные многоклеточные организмы?

Источник: vk.com

Комментарии: