Уровень интеграции, достигнутый составляющими мат (матрикс) микроорганизмами, превосходит уровень, наблюдаемый в обычных экосистемах в наше время.

На основе изучения жизнедеятельности строматолитов необходимо признать следующее.

Жизнь, вероятно, появляется на Земле сразу в виде экосистемы, целостность которой вполне сопоставима с целостностью многоклеточного организма. Существование в природе такой замечательной формы организации, как мат, которая существует без особых изменений минимум 3,5 млрд. лет, позволяет по-иному взглянуть на отсутствующую у прокариот многоклеточность.

А, собственно говоря, нужна ли она им?

Касаясь совершенства баланса между процессами синтеза и деструкции, осуществляемыми в мате, уместно вспомнить утверждение В. Вернадского (1931):

“Первое появление жизни при создании биосферы должно было произойти не в виде появления одного какого-либо организма, а в виде их совокупности, отвечающей геохимическим функциям жизни”.

В результате жизнедеятельности фотосинтезирующих цианобактерий в океане появился кислород, а примерно через 1 млрд лет после этого он начал накапливаться в атмосфере. Сначала образовавшийся кислород взаимодействовал с растворенным в воде железом, что привело к появлению окислов железа, которые постепенно осаждались на дне. Так в течение миллионов лет с участием микроорганизмов возникли огромные залежи железной руды, из которой сегодня выплавляется сталь. Затем, когда основное количество железа в океанах подверглось окислению и уже не могло связывать кислород, он принял участие в образовании атмосферы.

Анаэробы, которые могут существовать только в присутствии кислорода, создали из углекислого газа определенный запас богатого энергией органического вещества и обогатили земную атмосферу кислородом. Кислород аэробам необходим для окисления (сжигания) органических соединений, а значительная часть получаемой при этом энергии превращается в биологически доступную форму – аденозинтрифосфат (АТФ). Этот процесс энергетически очень выгоден: анаэробные бактерии при разложении одной молекулы глюкозы получают только 2 молекулы АТФ, а аэробные бактерии, использующие кислород – в 18 раз больше - 36 молекул АТФ!

С появлением достаточного для аэробного образа жизни количества кислорода дебютировали и эукариотные клетки, имеющие в отличие от бактерий ядро и такие органеллы, как митохондрии, лизосомы, а у водорослей и высших растений – хлоропласты, где совершаются фотосинтетические реакции.

По поводу возникновения и развития эукариот существует обоснованная гипотеза, высказанная более 30 лет назад американским исследователем Л. Маргулисом. Согласно этой гипотезе митохондрии, выполняющие функции фабрик энергии в эукариотной клетке, – это аэробные бактерии, а хлоропласты растительных клеток, в которых происходит фотосинтез, – цианобактерии, поглощенные, вероятно, около 2 млрд лет назад примитивными амебами. В результате взаимовыгодных взаимодействий поглощенные бактерии стали внутренними симбионтами и образовали с поглотившей их клеткой устойчивую систему – эукариотную клетку.

Поиск начала живого, сводимый к примитивному варианту поиска наименьшего живого существа, приводит также к вопросу о сущности вирусов – в конце концов, это вещество или существо?

Размер вирусов и их внешний облик в отдельные моменты существования позволяет считать правомерной такую постановку вопроса.

Вирусы сразу после их открытия считали ядовитым веществом, затем - биохимическими соединениями. Низведение вирусов до уровня безжизненных химических объектов произошло после 1935 г., когда У. Стэнли впервые описал кристаллоподобную форму вируса табачной мозаики. Обнаружилось, что кристаллы вируса, состоящие из сложных биохимических компонентов, не обладают метаболической активностью. В 1946 г. ученый получил за эту работу Нобелевскую премию по химии.

Однако дальнейшие исследования того же автора показали следующее. Любой вирус состоит из нуклеиновой кислоты (ДНК, РНК), упакованной в белковую оболочку (капсид). Помимо защитных белков, у некоторых из них есть специфические вирусные белки, участвующие в инфицировании клетки. Действительно, вне клетки-хозяина жизнедеятельность вируса прекращается и он становится подобен кристаллоподобному веществу. (Заметим, непосредственное наблюдение жизнедеятельности вируса возможно только в таком состоянии). Однако, когда вирус проникает в естественную для него среду обитания (это – ключевые слова!), которой является “клетка-хозяин”, вирус сбрасывает защитную белковую оболочку и подчиняет себе весь клеточный аппарат, заставляя его синтезировать вирусные ДНК или РНК и вирусные белки в соответствии с инструкциями, записанными в его собственном геноме. Поэтому впоследствии вирусы стали рассматривать как мельчайшие живые организмы, несущие генетическую информацию.

Сложная схема жизнедеятельности заставила многих ученых взглянуть на вирусы как на живые объекты, находящиеся на границе живого и неживого мира. Предполагается также, что вирусы, существующие между живым и неживым мирами, являются переходной группой в эволюционных переходах (иными словами – граница между живым и неживым веществом отсутствует).

Сложная проблема, касающаяся вклада вирусов в эволюцию и жизненные процессы высших животных, остается для ряда ученых нераскрытой. Суть этого вопроса может быть выяснена лишь при достаточном понимании терминов “живой, жизнь”. Ключевой вопрос относительно классификации вируса все-таки лежит в репродуктивной области – может ли вирус как индивид в привычных для себя внешних условиях (т.е. в клетке-хозяине) обеспечить тождественное самовоспроизводство? Если да, то вирус живой, и все, точка.

Остальное – это специфика конкретного структурного уровня. Камень, вчерашняя газета, чемодан и даже компьютер как структурные элементы сами себя не воспроизводят. И тогда напрашивается вполне резонный вывод: именно потому, что все биологические процессы в клетке после инфицирования регулируются вирусом, сам он - живой объект, паразитирующий на живых системах Образ жизни вируса – это его личное дело, нравится ли это нам или не нравится.

В этом выделенном аспекте вирус представляется более живым, чем многие другие биообъекты, поскольку он переносит кратковременное кипячение, глубокий холод и вакуум, но после попадания в естественную среду обитания (клетку-хозяина) продолжает свою обычную вирусную жизнедеятельность.

У вирусов есть собственная, очень длинная эволюционная история, восходящая к истокам возникновения одноклеточных организмов. Так, некоторые вирусные системы репарации, которые обеспечивают вырезание неправильных оснований из ДНК и ликвидацию повреждений, возникших под действием радикалов кислорода, есть только у отдельных вирусов и существуют в неизменном виде миллиарды лет.

В процессе совместного проживания клетки и вируса вирусный геном (ДНК или РНК) “колонизирует” геном хозяйской клетки, снабжая его все новыми и новыми генами, которые в итоге становятся неотъемлемой частью генома данного вида организмов. Вирусы оказывают более быстрое и прямое действие на живые организмы, чем внешние факторы, что способствует отбору лучших генетических вариантов. Многочисленность популяций вирусов вкупе с их высокой скоростью репликации и высокой частотой мутаций превращает их в основной источник генетических инноваций, постоянно создающий новые гены. Обычно в каждой хозяйской клетке присутствует несколько вирусов.

В случае повреждения вирусы могут собрать вирусный геном по частям. Различные части генома способны служить поставщиками отдельных генов, которые совместно с другими генами восстановят функции генома в полном объеме без создания целого вируса. Вирусы - единственные из всех живых организмов, способные буквально возрождаться из пепла.

Высказывается интригующее предположение, что клеточное ядро (ядро биологической клетки) имеет вирусное происхождение. Появление ядра (структуры, имеющейся только у эукариот, в том числе у человека, и отсутствующего у прокариот, например у бактерий) нельзя объяснить постепенной адаптацией прокариотических организмов к изменяющимся условиям. Оно могло сформироваться на основе предсуществующей высокомолекулярной вирусной ДНК, построившей себе постоянное “жилище” внутри прокариотической клетки.

Вирусы влияют абсолютно на все формы жизни на Земле, а часто и определяют их судьбу. При этом они тоже эволюционируют. Прямым доказательством служит появление новых вирусов, таких как вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающий СПИД. Вирусы постоянно видоизменяют границу между биологическим и биохимическим мирами. Чем дальше наука продвигается в исследовании геномов различных организмов, тем больше обнаруживается свидетельств присутствия в них генов из этого динамичного и очень древнего пула.