Первичные экосистемы прокариот

Первичные экосистемы прокариот.Системы прокариот

Развитие жизни в архейскую эру. Первые остатки живых организмов относятся к архейской эры (началась примерно 4,5 млрд, а закончилась - 2,5 млрд лет назад). Они найдены в австралийских и южноафриканских осадочных породах, возраст которых примерно 3,5 млрд. лет (осадочные породы образуются на дне водоемов, в данном случае - мелководьях архейских морей). Это были лишь прокариоты, представленные остатками оболочек колоний цианобактерий из углекислого кальция и клеточной стенки бактерий различной формы (шаровидные, палочковидные и нитевидные). Вследствие фотосинтезирующей деятельности цианобактерий конце архейской эры в атмосфере накопилось значительное количество кислорода и возник озоновый экран. Это способствовало появлению энергетически выгодного аэробного расщепления питательных веществ живыми организмами и защиту поверхности Земли от космического и солнечного ультрафиолетового облучений. Функционирования экосистем прокариот и эволюция прокариот имеют определенные особенности, которые подробно осветил выдающийся русский микробиолог Г. А. Заварзин в 1987 г. В отличие от эукариот, эволюция которых происходила в относительно стабильных геохимических условиях, первичные бактериальные экосистемы корне изменили эти условия в течение архейской эры и сами приспособились к ним, в свою очередь изменившись.

Первые осадочные породы возрастом около 3,8 млрд лет в значительной мере является результатом жизнедеятельности железобактерий (залежи железной руды), зеленых и пурпурных бактерий (залежи серы, возможно, нефти и природного газа и т.п.).

От 3,5 млрд лет назад начинают доминировать цианобактерии, обогативших атмосферу кислородом. На конец архейской эры бактерии в водных экосистемах полностью осуществляли все те биогенные геохимические процессы, которые происходят и теперь (биогенная миграция углерода, азота, водорода, кислорода и многих других элементов, преобразование энергии в цепях питания).

Особенности эволюции прокариот. Эволюции строения прокариот практически не происходило: все их ископаемые формы не отличаются от современных. Это объясняется, во-первых, тем, что прокариоты оказались неспособными к образованию многоклеточных организмов, т.е. к усложнению строения и дифференциации клеток - за все время исторического развития у них не выявлено ни одного ароморфоз. Во-вторых, вследствие простого строения генома (единственная кольцевая молекула ДНК) в них легко осуществляется горизонтальный (т.е. между различными видами) транспорт наследственной информации посредством переноса плазмида или фрагментов ДНК вирусами-бактериофагами. 

Плазмиды, или внеклеточные факторы наследственности, - цепочки из нескольких нуклеотидов, которые находятся в окружающей среде и при определенных условиях могут встраиваться в геном прокариотических клеток. В эукариот вследствие сложности генома и взаимодействия генов в нем такой транспорт почти всегда приводит к гибели клетки и поэтому не может быть фактором эволюции. Поэтому у прокариот происходит преимущественно биохимическая, или функциональная, эволюция: они способны осваивать новые адаптационные зоны, вырабатывая новые ферменты для усвоения тех или иных питательных веществ.

Как уже отмечалось в предыдущей главе, в прокариотических экосистемах отсутствуют цепи выедания за неспособности бактерий к фагоцитозу. Поэтому цепи питания прокариотических биогеоце-нозив мало разветвленные, а их видовое разнообразие незначительно. Итак, прокариотической экосистемы имеют невысокую способность к саморегуляции и сравнительно неустойчивы к воздействиям окружающей среды.

Выводы: 

Прокариотические экосистемы возникли в архейскую эру на мелководьях морей около 3,8 млрд. лет назад, а биогеоценозы, основу которых составляли цианобактерии - 3,5 млрд. лет. Вследствие неспособности к усложнению и дифференциации клеток и горизонтального (межвидового) транспорта генетической информации эволюция прокариот имеет чисто функциональный (биохимический) характер и не связана с изменениями их организации. 

Прокариотической биогеоценозы имели малорозгалужени цепи питания и незначительное видовое разнообразие, а, следовательно, были весьма неустойчивыми по изменениям условий окружающей среды.