Тринадцать вещей, в которых нет ни малейшего смысла
Шрифт:
Но логика — вещь коварная: зачастую она исходит из ненадежных посылок. А если, скажем, предположить, что вирусы не всегда были паразитами? Что они сформировались прежде, чем жизнь начала разделяться на архей, прокариот и эукариот, а потом утратили часть своей независимости? В этом случае они имели бы все основания называться живыми и могли бы дать не худшее, чем три других домена, свидетельство о нашем последнем универсальном общем предке. А поскольку этот общий предок, по сути, начало всех начал для современной биологии, то интерес к Мими приобретает особое измерение, а безразличие биологов объяснить еще трудней. Больше трети генов мимивируса неизвестны науке, и ни у кого нет догадок, что в них закодировано. Учитывая, сколько уже разных геномов проанализировали ученые и какое количество генов они повидали, такое тоже удивляет. Если, конечно, не согласиться с идеей, что мимивирус родом из иной биологической эпохи.
Изучите свой собственный геном, и вы там обнаружите массу интересного. Но среди генов, создавших ваше неповторимое «я», отыщется примерно шесть десятков таких, которые роднят его со всей земной жизнью, — универсальный основной геном. Точные копии этих генов имеются в каждой клетке любого организма; они словно азы учебника по истории земной жизни.
Нам это известно потому, что гены, представляющие собой последовательности молекул ДНК, сплошь и рядом замусорены ошибками: в их цепочках встречаются мутации — участки, где молекулы соединены в ненадлежащем порядке или вовсе отсутствуют необходимые элементы. Такие сбои случаются порой при репликации: ДНК воспроизводит себя «умело», но не всегда точно. Мутации может вызвать и облучение. Независимо от их причин последствия не обязательно пагубны, чаще организм благополучно выживает. Тогда мутации передаются новым поколениям как часть наследственной информации. Подобно тому, как на многолюдной свадьбе новый гость распознает, где родня жениха, а где невесты, по тем или иным чертам внешности — скажем, по «семейным» носам с горбинкой, — ученые исследуют генные мутации, чтобы определить родственные отношения в группе организмов. Совпадение мутаций в основном геноме, несомненно, свидетельствует об общности происхождения. Анализ больших массивов подобных данных помогает уточнять филогенетическую классификацию.
Воспользовавшись семеркой основных генов мимивируса, еще один марсельский исследователь, Жан Мишель Клавери, сопоставил видоизмененные участки ДНК с известными мутациями прочих живых организмов и сумел найти Мими точное место на древе эволюции. Открытие вызвало немалое потрясение.
В 2003 году авторы заметки в «Сайенс» ограничились сообщением, что анализ белков мимивируса позволяет классифицировать его как «первичный отдел» ветви крупных ядерно-цитоплазматических ДНК-содержащих вирусов. Менее двух лет спустя, в ноябре 2004-го, ученые там же обнародовали продолжение этой работы, на сей раз во всеоружии результатов. Если первая публикация уместилась на одной странице, то вторая заняла целых семь: мимивирус оказался кладезем для науки. Как писали исследователи, сложность его генома «бросает серьезный вызов нашим представлениям о вирусах». Свой тезис они подкрепили ссылкой на публикацию 1998 года, в которой предполагалось, что линия ДНК-содержащих вирусов могла развиться раньше разделения живых организмов на три общепринятых домена. Классификационное древо, как было сказано, пора дополнить.
Мимивирус, согласно Клавери, представляет собой отдельную ветвь, самую нижнюю у основания. Характерные мутации показывают, что он появился прежде эукариот с их сложными клетками — теми самыми, которые он заражает сейчас. Но главный парадокс в том, что мимивирус мог оказаться первопричиной появления этих высокоорганизованных клеток, включая мозговые структуры человека.
С точки зрения биологии наши эукариотические организмы устроены весьма любопытно. На каком-то отрезке эволюционного пути аморфная первичная клетка превратилась в четкую сложную систему с выделенным ядром, хранящим в аккуратной упаковке всю генетическую информацию. Но никто не знает, каким образом клетки приобрели это важнейшее новшество.
Клеточное ядро впервые было описано в 1802 году знатным художником-натуралистом Францем Андреасом Бауэром (согласно официальной табели — «Ботаническим Живописцем Его Королевского Величества Георга Третьего»), но окончательное название этому структурному компоненту дал в 1831 году шотландец Роберт Броун, первооткрыватель броуновского движения молекул. И только в современную эпоху биологи смогли оценить в полной мере, до чего поразительная вещь — ядро, насколько точно его тонкая структура соответствует сложности выполняемых функций. Механизм репликации ДНК, создающий живую клетку с непринужденностью отточенного мастерства, вызывает лютую зависть у любого адепта синтетической биологии.
У ученых есть разные гипотезы, как могла сформироваться такая замечательная вещь. Одно из популярных допущений
Есть и другие предположения; биологи вольны встречаться и обсуждать их до бесконечности, но, кажется, они так и не могут договориться, какое же из них правильное. Одна из немногих вещей, которые ученые все-таки склонны допустить, — это некая расплывчатая, может быть, даже притянутая за уши идея, да и то лишь при условии, если на нее навесить ярлык «спорная». Что за идея? Речь идет, конечно, о вирусах.
Один из сторонников такой гипотезы происхождения ядра, сиднейский микробиолог Филип Белл, в 2001 году выдвинул оригинальную мысль. Что, если в древности некий вирус, инфицировав одну из аморфных, примитивно устроенных прокариотических клеток, затем повел себя неожиданно? Вдруг вместо того, чтобы без затей употребить молекулярную механику клетки для самокопирования и дальше продолжать в том же духе, он фактически взял бразды правления? Эта новая точка на «оси зла» — на полпути между вирусом и бактерией — завладела преимуществами, с которыми не могло конкурировать ничто живое. Таким образом, с точки зрения эволюции комбинированный организм обеспечил себе блестящее будущее. Заражая клетки, питавшиеся простыми химическими соединениями, вирусный аппарат с легкостью захватывал необходимые ему ресурсы.
Существуют косвенные свидетельства, что вирусы — именно ДНК-содержащие, как убежден Белл, — могли стать первыми клеточными ядрами. Те и другие устроены в принципе одинаково: нити ДНК, защищенные белковой оболочкой. У некоторых относительно простых эукариот, например у красных водорослей, ядро может мигрировать между клетками наподобие вируса. И у вирусов, и у эукариотических ядер макромолекулы ДНК имеют только линейную структуру, а у прокариот встречаются замкнутые в кольцо. Нити ДНК у вирусов имеют даже рудиментарные теломеры — выполняющие защитную функцию концевые участки хромосом, которые есть и у эукариот. (Их укорачивание при каждом цикле деления считается одним из факторов старения; здесь отчетливо просматривается связь между вирусами и аномалией, известной как смерть, которой посвящена наша следующая глава.)
Есть и другие общие признаки, но ни один не годится в качестве решающего аргумента. Тем не менее Белл неоднократно заявлял, что ДНК-содержащие вирусы, заражая примитивные клетки архей, могли привести к появлению клеточных ядер. На это неизменно возражают: мол, вирусы так мелки и генетически примитивны, а эукариотические клетки — совсем наоборот. Как вирус мог создать подобную структуру?
Десять лет кряду Белл искал вирус, потенциально способный перевоплотиться в клеточное ядро. С открытием мимивируса он решил, что искомое обретено: мимивирус, как он уверен, и есть недостающее звено эволюции. И все-таки это представление спорно, потому что путь вирусов не стал магистральным в эволюционной «технологии». Их никогда не считали живыми, так как же они могут вписаться в историю жизни? В конце концов, всякий вирус нуждается в хозяине, которого сможет «оседлать». Они всего лишь репликоны: изолированные молекулы ДНК, чья единственная функция — самокопирование. Так что дискуссия продолжается. Тем временем для большинства биологов мимивирус остается всего лишь занятной аномалией.
Однако некоторые коллеги возражают им с энтузиазмом. Например, директор Центра вирусных исследований в Калифорнийском университете Луис Вильярреаль считает вирусы «главным источником генетических новаций в мире» и наиболее вероятными прародителями земной жизни. Большая часть человеческого генома, по его мнению, имеет вирусное происхождение, и ему вовсе не кажется натянутым предположение, что последний универсальный общий предок был кем-то наподобие вируса.
Открытие мимивируса с его неожиданными, отнюдь не вирусными свойствами лишь помогло укрепить взгляд Вильярреаля, а ведь наука только поскребла поверхность; гигантских вирусов, надо полагать, будет еще обнаружено целое множество. В последние годы пионер расшифровки человеческого генома Крейг Вентер искал корни жизни, пересекая океан: через каждые несколько сот миль он брал пробы воды и исследовал генетический материал. Кругосветное плавание на тридцатиметровой яхте по имени «Волшебник-2» вряд ли можно отнести к традиционным методам полевой биологии, но результат получился ошеломляющий. В Саргассовом море у Бермудских островов экспедиция Вентера нашла более 1800 новых видов флоры и фауны, а также свыше 1,2 миллиона новых генов; количество известных науке генов выросло сразу десятикратно. И в каждой порции морской воды — если можно так назвать двухсотлитровый контейнер — находились миллионы незнакомых вирусов.