How we think complex cells evolved - Adam Jacobson

Переводчик: Andrey Zaytsev Редактор: Natalia Ost

What if you could absorb another organism

Что, если, поглотив другой организм,

and take on its abilities?

вы приобрели бы его способности?

Imagine you swallowed a small bird and suddenly gained the ability to fly.

Представьте, что, проглотив птичку, вы вдруг научились летать,

Or if you engulfed a cobra

а проглотив кобру —

and were then able to spit poisonous venom from your teeth.

выпрыскивать яд из зубов.

Throughout the history of life,

На всём протяжении истории жизни,

specifically during the evolution of complex eukaryotic cells,

особенно в процессе эволюции сложных эукариотических клеток,

things like this happened all the time.

подобные вещи происходили постоянно.

One organism absorbed another,

Один организм поглощал другой,

and they united to become a new organism with the combined abilities of both.

и вместе они становились новым организмом со способностями обоих.

We think that around 2 billion years ago,

Считается, что около 2 миллиардов лет назад

the only living organisms on Earth were prokaryotes,

единственными живыми организмами на Земле были прокариоты, —

single-celled organisms lacking membrane-bound organelles.

одноклеточные организмы, у которых отсутствовали мембранные органеллы.

Let's look closely at just three of them.

Давайте рассмотрим три из них.

One was a big, simple blob-like cell

Один представлял собой большую каплевидную простую клетку,

with the ability to absorb things by wrapping its cell membrane around them.

способную поглощать объекты, окутывая их своей клеточной мембраной.

Another was a bacterial cell

Второй был бактериальной клеткой,

that converted solar energy into sugar molecules through photosynthesis.

превращавшей посредством фотосинтеза солнечную энергию в молекулы сахара.

A third used oxygen gas to break down materials like sugar

Третий при помощи кислорода мог расщеплять вещества, например сахар,

and release its energy into a form useful for life activities.

и выделять энергию в полезной для жизнедеятельности форме.

The blob cells would occasionally absorb the little photosynthetic bacteria.

Клетки-капли иногда поглощали маленькие фотосинтетические бактерии.

These bacteria then lived inside the blob and divided like they always had,

Эти бактерии оставались жить внутри клетки и делились как прежде,

but their existence became linked.

но их существование становилось взаимосвязанным.

If you stumbled upon this living arrangement,

Натолкнувшись на такое сосуществование,

you might just think that the whole thing was one organism,

можно решить, что это единый организм

that the green photosynthetic bacteria were just a part of the blob

и что зелёные фотосинтетические бактерии — это часть клетки-капли,

that performed one of its life functions,

выполняющие одну из её жизненных функций.

just like your heart is a part of you

Так ваше сердце является частью вас

that performs the function of pumping your blood.

и обеспечивает ток крови.

This process of cells living together is called endosymbiosis,

Такой процесс сосуществования клеток называется эндосимбиозом:

one organism living inside another.

один организм живёт внутри другого.

But the endosymbiosis didn't stop there.

Но на этом эндосимбиоз не заканчивается.

What would happen if the other bacteria moved in, too?

Что произойдёт, если подселится ещё одна бактерия?

Now the cells of this species started becoming highly complex.

Теперь клетки этого вида значительно усложнились:

They were big and full of intricate structures

стали больши́ми и полными сложных структур,

that we call chloroplasts and mitochondria.

именуемых хлоропластами и митохондриями.

These structures work together to harness sunlight,

Эти структуры совместно используют солнечный свет,

make sugar,

производят сахар

and break down that sugar using the oxygen

и расщепляют его при помощи кислорода,

that right around this time started to appear in the Earth's atmosphere.

который примерно в это же время стал появляться в атмосфере Земли.

Organisms absorbing other organisms

Организмы, поглощающие другие организмы,

was one way species adapted to the changing environmental conditions

были одним из способов адаптации видов

of their surroundings.

к изменению условий окружающей среды.

This little story highlights what biologists call the endosymbiotic theory,

Эта маленькая история освещает основные моменты эндосимбиотической теории,

the current best explanation of how complex cells evolved.

которая на сегодня лучше всего объясняет происхождение сложных клеток.

There's a lot of evidence that supports this theory,

Существует много доказательств в пользу этой теории,

but let's look at three main pieces.

но давайте взглянем на три основных аргумента.

First, the chloroplasts and mitochondria in our cells multiply the very same way

Во-первых, в наших клетка хлоропласты и митохондрии размножаются таким же путём,

as those ancient bacteria,

как и те древние бактерии,

which are still around, by the way.

которые, кстати, до сих пор существуют.

In fact, if you destroy these structures in a cell, no new ones will appear.

Если уничтожить эти структуры в клетке, то новые уже не появятся.

The cell can't make them.

Клетка не способна их производить.

They can only make more of themselves.

Только сами они способны себя воспроизводить.

Second piece of evidence.

Второе доказательство.

Chloroplasts and mitochondria both contain their own DNA and ribosomes.

Хлоропласты и митохондрии имеют свою собственную ДНК и рибосомы.

Their DNA has a circular structure

Их ДНК имеет кольцевую структуру,

that is strikingly similar to the DNA of the ancient bacteria,

удивительно похожую на ДНК древних бактерий

and it also contains many similar genes.

и кроме того содержащую много похожих генов.

The ribosomes, or protein assembly machines of chloroplasts and mitochondria,

У их рибосом, машин по сборке белков хлоропластов и митохондрий,

also have the same structure as ribosomes of ancient bacteria,

такая же структура, что и у рибосом древних бактерий,

but are different from the ribosomes

но она отличается от рибосом,

hanging around the rest of eukaryotic cell.

присутствующих в остальных частях эукариотической клетки.

Lastly, think about the membranes involved in the engulfing process.

И наконец, подумайте о мембранах, участвующих в процессе захвата.

Chloroplasts and mitochondria both have two membranes surrounding them,

Как хлоропласты, так и митохондрии окружены двумя мембранами,

an inner and outer membrane.

внутренней и внешней.

Their inner membrane contains some particular lipids and proteins

Их внутренняя мембрана содержит определённые жиры и белки,

that are not present in the outer membrane.

отсутствующие во внешней мембране.

Why is that significant?

Почему это важно?

Because their outer membrane used to belong to the blob cell.

Потому что их внешняя мембрана когда-то принадлежала клетке-капле.

When they were engulfed in the endosymbiosis process,

Когда они были поглощены в процессе эндосимбиоза,

they got wrapped up in that membrane and kept their own as their inner one.

они были окружены этой мембраной, сохраняя свою в качестве внутренней.

Surely enough, those same lipids

Очевидно, что эти самые жиры

and proteins are found on the membranes of the ancient bacteria.

и белки можно найти в мембранах древних бактерий.

Biologists now use this theory

Сейчас биологи применяют эту теорию,

to explain the origin of the vast variety of eukaryotic organisms.

чтобы объяснить происхождение многообразия эукариотических организмов.

Take the green algae that grow on the walls of swimming pools.

Рассмотрим зелёную водоросль, растущую на стенах бассейнов.

A larger eukaryotic cell with spinning tail structures, or flagella,

Большая эукариотическая клетка с подвижной хвостовой структурой, или жгутиком,

at some point absorbed algae like these to form what we now call euglena.

в какой-то момент поглотила водоросль, наподобие этих, образовав эвглену.

Euglena can perform photosynthesis,

Эвглена способна осуществлять фотосинтез,

break down sugar using oxygen,

расщеплять сахар при помощи кислорода

and swim around pond water.

и плавать в пруду.

And as the theory would predict,

И как предсказывает теория,

the chloroplasts in these euglena have three membranes

у хлоропластов эвглен есть три мембраны,

since they had two before being engulfed.

так как перед их захватом у них было две мембраны.

The absorbing process of endosymbiotic theory

Процесс захвата в теории эндосимбиоза

allowed organisms to combine powerful abilities

дал возможность организмам объединить свои сильные стороны

to become better adapted to life on Earth.

для лучшей адаптации к жизни на Земле.

The results were species capable of much more

В результате появились виды, способные на большее,

than when they were separate organisms,

чем если бы они были отдельными организмами,

and this was an evolutionary leap

и это был эволюционный прыжок,

that lead to the microorganisms, plants,

который привёл к микроорганизмам, растениям и животным,

and animals we observe on the planet today.

которых мы сейчас видим на нашей планете.