5.6: Перші клітини

Last updated

Oct 23, 2022
Save as PDF
- 5.5: Перші органічні молекули
- 5.7: Еволюція еукаріотів

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Як ви робите складні клітини?

Ви починаєте з простих. Перші клітини були, швидше за все, примітивними прокаріотичними клітинами, навіть більш спрощеними, ніж ці бактерії кишкової палички. Перші клітини, ймовірно, були не більше, ніж органічні сполуки, такі як спрощена РНК, оточена мембраною. Це була фосфоліпідна двошарова мембрана? Напевно, ні - це, швидше за все, спрощена мембрана, здатна відокремити внутрішню частину від зовнішньої сторони. З часом, коли розвивалися інші органічні сполуки, такі як ДНК та білки, клітини також еволюціонували в більш складні структури. Одного разу клітина змогла бути стабільною, розмножуватися і передавати свою генетичну інформацію наступному поколінню, тоді з'явилося життя.

перші клітини

Що знадобилося для першої клітини? Якась мембрана, що оточує органічні молекули? Напевно.

Як органічні молекули, такі як РНК, розвивалися в клітини, достеменно невідомо. Вчені припускають, що ліпідні мембрани росли навколо органічних молекул. Мембрани заважали молекулам реагувати з іншими молекулами, тому вони не утворювали нових сполук. Таким чином органічні молекули зберігалися, і, можливо, утворилися перші клітини. На малюнку нижче показана модель гіпотетичної першої клітини. Чи були ці перші клітини першими живими організмами? Чи змогли вони жити і розмножуватися, передаючи свою генетичну інформацію наступному поколінню? Якщо так, то так, ці перші клітини можна вважати першими живими організмами.

Гіпотетична перша клітина на Землі

Гіпотетична перша клітина. Найбільш ранні клітини, можливо, складалися з трохи більше, ніж РНК всередині ліпідної мембрани.

ЛУКА

Без сумніву, було багато ранніх клітин цього типу. Однак вчені вважають, що тільки одна рання клітина (або група клітин) в кінцевому підсумку дала початок всьому подальшому життю на Землі. Ця одна клітина називається Останнім універсальним загальним предком (LUCA). Ймовірно, він існував близько 3,5 мільярдів років тому. ЛУКА була однією з найбільш ранніх прокаріотичних клітин. У ньому не вистачало б ядра та інших органел, пов'язаних з мембраною. Дізнатися більше про ЛУКА і універсальному загальному спуску ви можете подивитися відео за наступним посиланням: http://www.youtube.com/watch?v=G0UGpcea8Zg.

Фотосинтез і клітинне дихання

Найбільш ранні клітини, ймовірно, були гетеротрофами. Швидше за все, вони отримували свою енергію від інших молекул в органічному «супі». Однак приблизно до 3 мільярдів років тому розвинувся новий спосіб отримання енергії. Цим новим способом став фотосинтез. Завдяки фотосинтезу організми могли використовувати сонячне світло для приготування їжі з вуглекислого газу та води. Ці організми були першими автотрофами. Вони забезпечували їжею для себе і для інших організмів, які почали їх споживати.

Після того як фотосинтез еволюціонував, в атмосфері почав накопичуватися кисень. Це було названо «кисневою катастрофою». Чому? Кисень був токсичний для більшості ранніх клітин, оскільки вони еволюціонували за його відсутності. В результаті багато хто з них вимерли. Нечисленні, що вижили, еволюціонували новий спосіб скористатися киснем. Другим великим нововведенням стало клітинне дихання. Це дозволило клітинам використовувати кисень для отримання більшої кількості енергії з органічних молекул.

Резюме

Перші клітини складалися з трохи більше органічної молекули, такої як РНК всередині ліпідної мембрани.
Одна клітина (або група клітин), звана останнім універсальним загальним предком (ЛУКА), породила все подальше життя на Землі.
Фотосинтез еволюціонував 3 мільярди років тому і випустив кисень в атмосферу.
Клітинне дихання розвинулося після цього, щоб використовувати кисень.

Дізнатися більше

Використовуйте повзунок часу в цьому ресурсі, щоб відповісти на наступні питання.

Еволюція на http://johnkyrk.com/evolution.swf.

Коли з'явилися перші клітини? Як розвивалися ці клітини?
Опишіть перші клітини.
Яку роль відігравала РНК в перших клітині?
Коли почався фотосинтез? Обговоріть значення еволюції фотосинтезу.

Рецензія

Яким був ЛУКА? Якими були його характеристики?
Які еволюціонували спочатку, автотрофи чи гетеротрофи? Чому?
Чому клітинне дихання могло розвиватися тільки після того, як еволюціонував фотосинтез?