Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной
Шрифт:
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
184
Об этой гипотезе, восходящей под разными обличьями к шестидесятым годам ХХ века, написано очень много. Термин «мир РНК» был впервые использован в статье Walter Gilbert. Origin of Life: The RNA World // Nature 319 (1986): 618.
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.
185
См. сноску о структурах пород, сформированных колониями бактерий на с. 263. Недавно палеонтологи заявили, что обнаружили ископаемые остатки клеток бактерий, перерабатывавших серу, возрастом 3,4 миллиарда лет, а также (независимо) сетевидные узоры в скальных породах – следы жизнедеятельности микробов – возрастом 3,49 миллиарда лет. И то и другое найдено при раскопках в регионе Пилбара в Западной Австралии.
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,
186
Эти зверюшки и в самом деле опровергли множество предрассудков. Прекрасная обзорная статья – James L. Van Etten. Giant Viruses // American Scientist 99 (2011): 304.
«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.
187
О его открытии читайте в статье D. Arslan et al. Distant Mimivirus Relative with a Larger Genome Highlights the Fundamental Features of Megaviridae // PNAS 108 (2011): 17486–91.
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.
188
Это отнюдь не голословное заявление, а если оно подтвердится, то станет настоящей сенсацией. Об этом см. статью A. Nasir, K. M. Kim, and G. Caetano– Anolles. Giant Viruses Coexisted with the Cellular Ancestors and Represent a Distinct Supergroup along with Superkingdoms Archaea, Bacteria and Eukarya // BMC Evolutionary Biology 12 (2012): 156.
Время покажет, к чему нас приведут эти исследования, однако в связи с байесовской интерпретацией вероятности возникновения жизни возникают некоторые интересные вопросы. Имеем ли мы право считать, например, первопредка гигантских вирусов подлинно независимой версией жизни? Судя по всему, биохимия у него полностью такая же, как и у всех нас, и он, возможно, зародился в болотистом «мире РНК», а может быть, возник из каких-то еще более ранних химических соединений. Однако если он возник не одномоментно с нашим последним универсальным общим предком, а с разницей в несколько десятков или сотен миллионов лет, можно ли считать это случаем независимого зарождения жизни?
А возможно, подобная «де-эволюция» говорит нам о чем-то другом. Не исключено, что это свидетельство того, что когда на планете зарождается и развивается жизнь, у отдельных доменов с обособленными биомолекулярными стратегиями остается относительно мало времени на самоутверждение, иначе они потерпят поражение в конкурентной борьбе за сырье и энергию. Если это так, следовательно, жизнь на планете устроена по принципу «обслуживания в порядке очереди». А значит, едва ли природа проводит эксперименты с «новыми» типами жизни. У них просто нет шансов выдержать конкуренцию за ресурсы и место под солнцем.