Важная роль симбиогенеза в эволюции таксонов высших категорий

Это объяснение следует дополнить учетом размеров генома, т. е. количеством ДНК на клетку. У высших организмов геном в тысячи раз больше бактериального.

Поэтому случайные, ненаправленные мутации не могут существенно изменить нуклеотидный состав большого генома, подобно тому как случайные флуктуации теплового движения молекул (броуновское движение) не могут сместить достаточно массивную частицу, взвешенную в жидкости. Чем больше геном, тем менее вероятность того, что переходы ГЦ=АТ и наоборот, будут нескомпенсированы (Белозерский, Медников, 1972).

С нуклеотидным составом ДНК связан еще один парадокс эволюции, еще ожидающий разрешения. С точки зрения теории информации, максимально возможной информационной емкостью должна обладать эквимолярная ДНК, в которой все нуклеотиды встречаются с равной частотой и ГЦ=50%. Она и должна преобладать в природе. Оказалось, что это не так. Как показано А. С. Антоновым (1974), в природе наиболее часто встречается ДИК АТ-типа (30—44% ГЦ) и ДНК ГЦ-типа (52—56% ГЦ); эквимолярная ДНК встречается относительно редко. Трудно объяснить этот факт. Вспомним, однако, что все коды, применяемые человеком, также не реализуют максимально возможную для них емкость. Наиболее экономичный код далеко не самый помехоустойчивый.

Большинство крупных групп имеет бимодальное распределение % ГЦ — для бактерий, вирусов, простейших, грибов отмечена ДНК как АТ-, так и ГЦ-типа. Напротив, хордовые и беспозвоночные, высшие растения и синезеленые водоросли характеризуются АТ-типом ДНК, а зеленые водоросли и актиномицеты — лишь ГЦ-типом. Анализ частоты встречаемости нуклеотидного состава ДНК позволил Антонову (1974) выдвинуть гипотезу, подтверждающую важную роль симбиогенеза в эволюции таксонов высших категорий. Согласно этой гипотезе, высшие растения, по всей вероятности, — организмы симбиотического происхождения, произошедшие от примитивных грибообразных организмов, внутриклеточными симбионтами которых стали синезеленые водоросли, — предки хлоропластов.

Об этом писали уже давно (см. обзор: Хахина, 1979), однако нуклеотидный состав ДНК — одно из самых убедительных доказательств. Традиционные претенденты на роль предков высших растений — зеленые водоросли — имеют ДНК резко выраженного ГЦ-типа (61.3% ГЦ), а высшие растения — АТ-типа (42%). Маловероятно, чтобы в процессе эволюции возникла разница в 19 молярных процентов. Таким образом, грибы — не потерявшие хлорофилл растения, как полагали раньше. Наоборот, растения — это организмы, аналогичные грибам, которые приобрели хлорофилл в составе симбионтов, ставших потом органеллами. Эти данные впоследствии подтвердились удивительным сходством структуры ДНК хлоропластов и синезеленых водорослей, практической идентичностью их рибосом и многими другими факторами.