Читать интересную книгу Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной - Калеб Шарф

Ученые провели сложный статистический анализ (да-да, байесовский) всевозможных сценариев того, как могли получиться важнейшие составляющие генетического материала, общие для всех организмов. Результаты не оставляют ни малейших сомнений в том, что гипотеза о последнем универсальном общем предке верна и что вся жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, восходит к одному виду, а не к более сложному ансамблю предков. Однако каким образом от этого первопредка впоследствии развились три, а может быть, и четыре столь разных домена, пока неясно. Ученые согласны, что бактерии и археи появились раньше эукариотов. Это логично, поскольку, как мы уже говорили, крупные клетки эукариотов включают себя следы более ранних организмов с простыми клетками. Абсорбированные симбионты превратились в органеллы, в частности, в митохондрии – структуры, играющие главную роль в метаболизме эукариотов, к чему мы еще вернемся.

Ученые много и тщательно исследуют, какими свойствами должен был обладать последний универсальный общий предок – от требований к его генетическому молекулярному арсеналу до его физиологии. Однако тут все очень запутано. Например, ученые, исследующие генетическое разнообразие жизни, до сих пор до конца не уверены, что если крутить стрелки биомолекулярных часов все дальше и дальше в прошлое, все ветви древа жизни и в самом деле аккуратно сойдутся в одной точке, к одному ясно определимому виду. Скорее всего, имели место всевозможные инцестуальные метания в пределах небольшого генофонда, которые при этом не противоречат статистическим выводам. При таком развитии событий гены передавались «горизонтально» от особи к особи, от линии к линии, и отдельные истории сплетались и перепутывались в симбиотических или паразитических союзах.

Как бы то ни было, если мы углубимся еще дальше в прошлое, то наткнемся на явление, которое, как считают современные биологи, скорее всего, было переходным этапом от более ранней формы жизни – до видообразования. Это стадия еще до последнего универсального общего предка: как мы теперь считаем, это был самый настоящий вид одноклеточных с ДНК и всем, что полагается. Типичная гипотеза, родившаяся в результате попыток представить себе стадию до последнего универсального общего предка – это идея «мира РНК»[184], которую выдвинул в шестидесятые годы Карл Вёзе. РНК – это «третья» главная молекулярная структура в современной жизни наряду с ДНК и белками. Во многих отношениях РНК представляет собой что-то вроде ДНК, только короткой, из одной цепочки и с несколько иным составом. Однако на самом деле это совсем другая молекула. Она играет главную роль в передаче информации от ДНК к белкам: цепочки РНК записывают код с ДНК, а затем их «читают» молекулярные механизмы под названием рибосомы, которые, словно швейные машинки, сшивают новые белки на основе информации от РНК.

Гипотетический мир РНК был своего рода фабрикой по производству пробных моделей форм жизни на основе ДНК, арсенал всевозможных взаимодействующих структур на заре клеточной жизни. Такого рода сложные молекулярные экосистемы имели место во времена гораздо ближе к точке зарождения жизни, однако и они были продуктом эволюции из чего-то еще. А это «что-то еще», возможно, возникло из первых липидов и клеточных мембран и первых самовоспроизводящихся молекул, созданных из аминокислотного сырья. Об этом мы пока ничего не знаем.

Итак, на пути к истокам жизни мы наблюдаем, как картина стремительно усложняется. Никаких ископаемых останков, относящихся к периоду 3,5–4 миллиарда лет назад, не сохранилось, хотя одна группа геологов утверждает, будто обнаружила ископаемые клетки[185] в австралийских скальных породах возрастом в 3,4 миллиарда лет. В нашем распоряжении лишь химические осадки и минеральные структуры, оставшиеся от колоний одноклеточных организмов или чего-то, что им предшествовало. В результате нам приходится экстраполировать молекулярные эквиваленты ископаемых останков – например, белковые структуры, закодированные в современных ДНК. Каждая из этих структур – это словно микроскопическое напластование, скопированное в несчетных квадрильонах организмов на протяжении истории жизни на Земле. В результате возникает неприятная проблема: нужно ответить на вопросы, сколько независимых линий жизни могло возникнуть на Земле и сколько случаев абиогенеза в принципе могло иметь место и на нашей планете, и в других уголках Солнечной системы. История генетических ископаемых не предусматривает точной хронологии, которая позволяла бы сопоставлять перемены в генетике с событиями во внешнем мире, и мы, очевидно, не очень-то уверены, что можно было бы считать настоящим научным определением зарождения жизни. Задолго до появления последнего универсального общего предка нам все равно приходится задаваться вопросом, в какой момент можно считать сложную молекулярную структуру «живой». Вопрос этот древний, как сама наука, и лаконичного ответа на него мы до сих пор не сформулировали, поскольку характеристик у жизни множество – от метаболизма до размножения и наследования, от гомеостазиса (регуляции внутренней среды) до способности приспосабливаться к внешней среде. Однако в биологическом подлеске шныряют кое-какие подсказки.

Например, об ответе на этот вопрос нам многое говорит удивительный случай гигантских вирусов[186]. Вирусы долго было принято считать «не совсем живыми» – это упрощенные наборы ДНК и РНК, которые получают молекулярный инструментарий для размножения исключительно от организмов-хозяев и, таким образом, полностью от них зависят. Однако природу не так-то легко уложить в рамки классификации. В начале девяностых годов ХХ века исследователи, изучавшие амеб, которые живут в воде кондиционеров и систем охлаждения воздуха, наткнулись на организм, который инфицировал этих крошечных существ. Поначалу его приняли за разновидность бактерий, но затем, в начале двухтысячных, рассмотрели под электронным микроскопом, и оказалось, что это вирус, просто исполинских размеров.

«Мимивирус» имеет в поперечнике около 750 нанометров – настоящий великан среди вирусов. Он не просто гораздо крупнее подавляющего большинства известных вирусов, но еще и несет в себе весьма примечательную ДНК. Эта ДНК содержит почти 1,2 миллиона «буковок»-нуклеотидов, и ее гены кодируют более чем 900 видов белковых молекул. Казалось бы, не так уж много, – в человеческой ДНК закодировано вплоть до 25 000 белковых молекул, – однако стоит учесть, что минимальный генетический код, который мы видели у обычного вируса, состоит всего-то из четырех генов. А столько генетической информации, сколько у мимивируса, нет даже в ДНК некоторых бактерий. Мимивирус – настоящий монстр. Со времени открытия первых гигантских вирусов было обнаружено еще несколько видов (если этот термин тут уместен), в том числе и вирус, получивший довольно громкое название «мегавирус»[187], ДНК которого вмещает примерно на 140 генов больше, чем ДНК мимивируса. Это наводит на мысль, что гигантские вирусы – отнюдь не аномалия, а просто еще один узор в роскошном убранстве жизни.

Но живые ли они? Заслуживают ли они своего домена на древе жизни? Исследователи, изучающие сложные белковые коды, которые несут в себе гигантские вирусы, обнаружили несколько поразительных молекулярных особенностей, которые помогают ответить на эти вопросы. Хотя эти вирусы не могут воспроизводиться без организма-хозяина, как и их более мелкие родственники, и точно так же пользуются хозяйскими ДНК, они несут гены древних белковых структур, которые присутствуют и у клеточных организмов – бактерий, архей и эукариотов. Вдобавок они содержат ферменты, участвующие в преобразовании кода ДНК в белки, – те самые энзимы, которые мы раньше встречали только в живых клетках.

Такого мы от вирусов не ожидали. Эти гигантские вирусы – словно безработные механики, таскающие при себе старые наборы инструментов. Хотя вирусы способны перенимать гены у других организмов, крайне маловероятно, чтобы гигантские вирусы заполучили все эти полезные гены по одному. Напрашивается примечательный вывод: эти организмы, возможно, представляют собой «де-эволюционирующие», редуцированные версии[188] чего-то другого, некогда более сложного. Они почти совсем – но не совсем – способны самовоспроизводиться. А когда-то, вероятно, были способны. Где-то на эволюционном пути они обнаружили, что им гораздо лучше живется в роли заразных паразитов, а может быть, просто не удалось вести самодостаточное существование. Некоторые ученые, исследующие эти незаурядные вирусы, полагают, что они, возможно, произошли от совершенно иной ветви жизни, которая либо предшествовала последнему универсальному общему предку, либо сосуществовала с ним у основания остальных ветвей.