Энергия, секс, самоубийство

Когда пишешь книгу, иногда чувствуешь себя одиноким путником, бредущим в бесконечность, но большую часть пути я не был одинок. Мне помогали самые разные люди — от лично не знакомых мне ученых, отвечавших на мои электронные письма, до друзей и родственников, которые вычитывали отдельные главы (или всю книгу целиком) или поддерживали меня в трудные минуты.

Кроме того, несколько специалистов взяли на себя труд внимательно прочитать отдельные главы и подробно откомментировать текст. Я особенно обязан трем людям, проверившим большие куски рукописи. Их воодушевляющий отклик помог мне справиться с самым сложным периодом написания книги. Билл Мартин, профессор кафедры ботаники в Университете имени Генриха Гейне (Дюссельдорф), высказал несколько поразительно глубоких замечаний об эволюции. С его проницательностью может сравниться только его кипучая энергия: когда обсуждаешь с Биллом научную проблему, кажется, что на тебя на полной скорости движется танк. Надеюсь, мне удалось хотя бы отчасти воздать должное оригинальности его

идей. Фрэнк Харольд, почетный профессор кафедры микробиологии в Университете штата Колорадо — ветеран войн эпохи окислительного фосфорилирования. Одним из первых он осознал смысл и значение хемоосмотической теории Питера Митчелла, а его собственные экспериментальные работы, написанные прекрасным языком, хорошо известны среди специалистов. Я не знаю никого, кто лучше бы понимал пространственную организацию клетки и осознавал бы ограниченность чисто генетического подхода к биологии. И наконец, я хочу поблагодарить Джона Хэнкока, доцента кафедры молекулярной биологии Университета Западной Англии (Бристоль). Он обладает удивительно широкими познаниями в самых разных областях биологии, и его замечания часто заставали меня врасплох. В результате мне нередко приходилось пересматривать свои гипотезы, зато теперь, когда я, надеюсь, удовлетворительно ответил на его критику, я еще больше уверен в том, что митохондрии действительно имеют непосредственное отношение к смыслу жизни.

Некоторые другие ученые по моей просьбе прочитали главы, посвященные темам их исследований. Еще раз поблагодарить всех — моя приятная обязанность. Когда пишешь о столь разных областях знания, трудно быть уверенным в том, что уловил все тонкости какой-нибудь важной подробности, и если бы не их великодушные ответы на мои электронные письма, меня все еще грызли бы сомнения. Теперь же надеюсь, что вопросы, оставшиеся в этой книге без ответа, свидетельствуют не столько о моем невежестве, сколько о том, что ответа на них еще нет. Именно такие вопросы и подстегивают любопытство ученых. Итак, я хочу поблагодарить следующих людей: Джон Аллен, профессор кафедры биохимии колледжа королевы Мэри Лондонского университета; Густаво Барья, профессор кафедры физиологии животных Мадридского университета Комплутенсе; Альберт Беннетт, профессор кафедры эволюционной физиологии Калифорнийского университета (Ирвайн); доктор Нейл Блэкстоун, доцент кафедры эволюционной биологии в Университете Северного Иллинойса; доктор Мартин Брэнд, сотрудник Центра изучения питания человека при Совете по медицинским исследованиям (Кембридж); доктор Джим Камминс, доцент кафедры анатомии, университет Мердока; Крис Ливер, профессор кафедры растениеводства Оксфордского университета; Готтфрид Шатц, профессор кафедры биохимии Базельского университета; Алоизиус Тиленс, профессор кафедры биохимии Утрехтского университета; доктор Джон Терни, группа передачи научной информации Имперского колледжа (Лондон); доктор Тибор Веллай, Зоологический институт университета города Фрибурга; Алан Райт, профессор кафедры генетики Центра генетики человека при Совете по медицинским исследованиям (Эдинбургский университет).

Я очень признателен доктору Майклу Роджерсу, ранее работавшему в издательстве «Oxford University Press», который заказал мне эту книгу перед тем, как вышел на пенсию. Я горд тем, что он и впоследствии сохранил к ней живой интерес; опытным взглядом просмотрев первую версию рукописи, он сделал множество исключительно ценных критических замечаний. Должен тут же поблагодарить и Латху Менон, старшего выпускающего редактора «Oxford University Press». Унаследовав эту книгу от Майкла, она подошла к работе над ней со своим вошедшим в легенду энтузиазмом, доскональностью и умением видеть вещи в широком контексте. Я также очень благодарен доктору Майклу Ридли (Оксфорд), автору книги «Демон Менделя», который прочитал всю рукопись целиком и отметил несколько крайне важных моментов. Не знаю никого, кто способен лучше оценить далекие друг от друга аспекты эволюционной биологи, а также никого, кто столь щедро делился бы знаниями. Я польщен тем, что ему было интересно читать мою книгу.

Некоторые главы прочитали также мои друзья и родственники. Благодаря им я смог понять пределы того, что способен стерпеть далекий от науки читатель. В частности, я хотел бы поблагодарить Элисон Джонс, чей искренний энтузиазм и полезные замечания вселяли в меня веру в собственные силы; Майка Картера, который по-дружески прямо сказал мне, что первые версии текста слишком трудны для восприятия (а последующие похвалил за ясность); Пола Эсбери, который прекрасно умеет и рассказывать, и внимательно слушать, особенно во время прогулок на природе; Иана Амброза, всегда готового выслушать и дать совет, особенно за кружкой пива; доктора Джона Эмсли, способного руководить и вдохновлять; профессора Барри Филлера, лучшего в мире коллегу, всегда готового поспорить в лаборатории, в пабе или даже на теннисной площадке; а также моего отца, Тома Лэйна — он прочитал почти всю книгу, не скупясь на похвалы и мягко указывая мне на стилистические огрехи, и это при том, что сам в это время напряженно работал над собственными книгами. Моя мать Джин и мой брат Макс всегда поддерживали меня, как и мои испанские родственники, и я благодарю их всех.

Иллюстрации в начале каждой главы выполнила доктор Ина Шуппе Койштенен, шведская исследовательница, работающая в области биомедицины, и прекрасная акварелистка, специализирующаяся на научных рисунках. Эта серия иллюстраций была заказана специально для данной книги, и каждая картинка связана с темой главы. Мне кажется, рисунки Ины прекрасно отражают загадку микрокосма, а также вносят в книгу оригинальную ноту, и я очень признателен художнице.

Особое спасибо Ане, моей жене. Как и я, она жила этой книгой, а это было временами нелегко. Как надежный спарринг-партнер, она живо реагировала на мои идеи и тут же подбрасывала немало своих. Я уже не говорю о том, что она бессчетное число раз придирчиво вычитывала рукопись. Ана была последним и самым строгим судьей стиля, смысла и содержания. Нельзя передать, насколько я обязан ей.

Последнее словечко я приберег для Энеко: он и книги несовместимы, разве что ему разрешается их погрызть, и все же он чудо, а то, что я узнал благодаря ему, стоит целой библиотеки.

Митохондрии — это маленькие клеточные органеллы, которые производят практически всю нашу энергию. Одна клетка содержит в среднем 300–400 митохондрий, то есть во всем человеческом теле их десять миллионов миллиардов. Митохондрии есть фактически во всех сложно устроенных клетках. На вид они похожи на бактерии, и это тот случай, когда внешность не обманчива. Когда-то митохондрии были свободно живущими бактериями, а затем — около двух миллиардов лет назад — приспособились к жизни внутри клеток. Как знак былой независимости, они сохранили фрагмент генома. Непростые отношения между митохондриями и клетками-хозяевами определяют многие аспекты жизни клеток — от производства энергии, полового процесса и размножения до самоубийства, старения и смерти.

Митохондрия — одна из многих «энергетических станций» клеток, которые контролируют нашу жизнь самыми неожиданными способами

Митохондрии — секрет Полишинеля. Так или иначе, о них слышали очень многие. В газетных статьях и некоторых учебниках их называют «энергетическими станциями жизни». Эти миниатюрные генераторы, спрятанные в клетках, производят почти всю нужную нам энергию. В одной клетке могут находиться сотни или тысячи митохондрий, сжигающих органику с помощью кислорода. Они так малы, что в песчинке свободно уместился бы миллиард. С появлением митохондрий жизнь получила мощнейший двигатель, уже работающий на высоких оборотах и готовый к использованию. Все животные, включая самых малоподвижных, имеют хоть сколько-то митохондрий. Даже неподвижные растения и водоросли используют их как источник дополнительной энергии, добавку к энергии фотосинтеза, которую они получают от своих «солнечных батарей».

Некоторые, наверное, слышали выражение «митохондриальная Ева». Предполагается, что она была праматерью человечества, последним общим предком всех ныне живущих людей. «Митохондриальная Ева» предположительно жила в Африке (возможно, 170 000 лет назад), и ее также называют «африканской Евой». Мы можем проследить нашу генетическую родословную до митохондриальной Евы, возможно, потому, что у митохондрий есть свой небольшой геном, который обычно передается следующему поколению только через яйцеклетку, а не через сперматозоид. Это означает, что митохондриальные гены выступают в роли фамилии, передаваемой по женской линии, которую, таким образом, можно проследить; так, некоторые семьи возводят свой род по мужской линии к Вильгельму Завоевателю, Ною или пророку Мухаммеду. В последнее время некоторые положения этой теории были оспорены, но в целом она устояла. Конечно, этот метод позволяет не только определить наших предков, но и понять, кто нашим предком не был. Например, анализ митохондриальных генов говорит о том, что неандертальцы все же не скрещивались с Homo sapiens, а были вытеснены на окраины Европы, где и вымерли.

Митохондрии также «прославились» своей ролью в судебной медицине. Их часто использовали для идентификации людей, живых или мертвых, и некоторые такие истории имели широкий резонанс. Как и в случае с определением наших предков, метод идентификации основан на том, что у митохондрий есть собственные гены. Подлинность останков Николая Второго, последнего российского императора, была подтверждена путем сравнения его митохондриальных генов с митохондриальными генами его родственников. А в конце Первой мировой войны в Берлине из реки вытащили семнадцатилетнюю девушку, которая утверждала, что она — Анастасия, потерянная дочь Николая Второго. Девушку отправили в лечебницу для душевнобольных. Анализ митохондриальных генов, проведенный после ее смерти в 1984 г., положил конец семидесятилетним спорам, показав, что дочерью Николая Второго она не была.

Если обратиться к недавнему прошлому, то митохондриальный анализ помог опознать обезображенные до неузнаваемости тела людей, погибших в результате теракта 11 сентября 2001 г. при обрушении башен Всемирного торгового центра в Нью-Йорке. Этот же метод позволил отличить «настоящего» Саддама Хусейна от его многочисленных двойников. Одна из причин, по которой митохондриальные гены оказываются столь полезны, — это большое число их копий. Геном каждой митохондрии представлен 5–10 копиями, а в клетке обычно находятся сотни митохондрий, так что общее число их геномов исчисляется тысячами копий. Для сравнения, геном самой клетки представлен всего двумя копиями (которые находятся в «пункте управления» клеткой — ядре). Поэтому почти из любого образца можно получить некоторое, пусть даже минимальное, количество митохондриальных генов. А тот факт, что они общие у ребенка, его матери и всех родственников по материнской линии, дает возможность подтвердить или опровергнуть предполагаемое родство.