В кислотных, мелких океанах

Грядущей жизни ипостась,

В подводных выбросах вулканных

Преджизнь впервые родилась.

След вёл в Архей. Там в тёплых водах,

Всей жизни укрепляя тыл,

Прокариотами в природе,

Освоен фотосинтез был.

Симбиоз сыграл огромную роль на заре жизни, когда в безбрежном и тёплом Мировом океане появились первые живые создания – археи и бактерии. Как известно, в первые 2 млрд лет Землю населяли только простые, примитивные создания, которых учёные называют прокариоты. В отличие от эукариот, сложных клеток, из которых состоим и мы с вами, это более просто устроенные клетки. У них нет ядра, митохондрий, нет других внутриклеточных структур, окружённых мембранами. Все прокариоты – это бактерии и археи.

Ясно, что они просто не могли обойтись без взаимодействия друг с другом. Впрочем, не могут и сейчас. В архейскую и протерозойскую эры основной формой жизни были микробные сообщества, так называемые бактериальные маты. В некоторых экстремальных местах обитания планеты они сохранились и по сей день. Такой бактериальный мат похож на многослойный коврик. Его верхний слой образуют фотосинтезирующие бактерии (обычно цианобактерии), которые выделяют кислород и производят органику. Под ними расположен слой, образуемый пурпурными бактериями, – они тоже «фотосинтезируют», но используют при фотосинтезе в качестве донора электрона не воду, а сероводород и выделяют не кислород, а серу и сульфаты. Там же живут бактерии, использующие кислород для разложения органики. Благодаря их деятельности кислород не проникает в нижний слой бактериального мата – анаэробный слой, где кислорода почти нет.

Этот анаэробный слой чёрного цвета населён бродильщиками, вызывающими брожение органики (её ферментативное разложение в отсутствие кислорода). Побочный продукт их обмена веществ – молекулярный водород, который другие обитатели нижнего слоя бактериальных матов – сульфат-редукторы – используют для восстановления сульфатов, выделенных пурпурными бактериями. В результате образуется сероводород, необходимый пурпурным бактериям. Получается замкнутый химический цикл, в котором участвуют как минимум три компонента – три разные группы микроорганизмов. Все вместе они напоминают единый организм – отдельные его части не могут существовать друг без друга (а если и могут, то растут гораздо хуже).

По современной классификации, весь мир живых организмов делится на три надцарства (домена): археи, бактерии, эукариоты. Крупнейшим событием в эволюции жизни на планете Земля стало появление эукариот – сложных клеток. Оно открыло огромные возможности – только эукариоты могли в ходе эволюции образовать многоклеточные организмы.

Их появление стало итогом долгого этапа эволюции жизни, когда основной её формой было микробное сообщество. Такие сообщества составляли более сложные образования, которые могли существовать только благодаря симбиозу. Так появились эукариотические клетки, которые имели ядро, а также митохондрии и другие оформленные органеллы, окружённые двойной мембраной. Из таких клеток состоят тела всех животных, растений, грибов. Кроме того, к эукариотам относятся многие одноклеточные – так называемые простейшие (амёбы, инфузории и т. д.).

Как же появились эукариоты – настоящие сложные клетки? Тоже в результате симбиогенеза – слияния в единый организм нескольких разных видов прокариот. Об этом учёные начали догадываться ещё в начале XX века. Термин «симбиогенез» ввёл К.С. Мережковский, известный русский учёный-альголог, изучавший диатомовые водоросли (одноклеточные эукариоты). Он заметил, что их хлоропласты (органоиды растительных клеток, в которых протекает фотосинтез) удивительно похожи на свободно живущих цианобактерий (раньше их называли синезелёными водорослями).

Кроме солнечного света, для элементарного акта фотосинтеза этим бактериям необходимо вещество, используемое как источник электрона. От него отрывается электрон, который потом идёт на восстановление углекислого газа. Это вещество – донор электрона, окисляемый при фотосинтезе. У цианобактерий это вода. В результате фотоокисления воды образуется свободный кислород, у анаэробных фотосинтезирующих бактерий донором электронов служит сероводород, а на выходе образуются сера и сульфаты. В любом случае, все составные части стали работать как единый организм, постепенно всё усложняясь и усложняясь.