Карл Циммер - Микрокосм. E. coli и новая наука о жизни
Первые 1,5 млрд лет существования жизни планета, к счастью, была свободна от этой напасти. Но 2,5 млрд лет назад уровень содержания кислорода в воздухе вырос десятикратно. За это время многие виды, вероятно, вымерли, а другие укрылись в таких местах, где содержание кислорода по — прежнему оставалось низким, — в толще ила, к примеру, или на океанском дне. Но некоторые виды — включая и предков E. coli — приспособились. Они обзавелись генами, способными защитить их от токсичного действия кислорода, а защитившись, изменили свой метаболизм так, чтобы получать от кислорода пользу; при помощи кислорода они научились значительно более эффективно, чем прежде, извлекать энергию из пищи. Однако и до сего дня E. coli сохраняет способность пользоваться как древним бескислородным метаболизмом, так и более новой кислородной версией, а также переключаться между ними в зависимости от того, сколько кислорода микроорганизм обнаруживает в окружающей среде.
Еще одна серьезнейшая революция, которую пережили предки E. coli, была результатом деятельности наших собственных предков. Биологи считают, что в древности примитивные эукариоты были главными хищниками на Земле. Эти существа очень напоминали сегодняшних амеб и так же рыскали в толще земли и воды в поисках добычи, которую они в состоянии поглотить. Естественный отбор благоприятствовал тем бактериям, которые способны были защитить себя от этих хищников. Надо сказать, что сегодня бактерии располагают внушительным арсеналом средств защиты от амеб и других хищников — эукариот. Они умеют производить токсины и вводить их внутрь амебы при помощи микроскопического «шприца». Хищникам не так‑то легко проникнуть в созданные ими биопленки. Даже будучи съеденными, бактерии продолжают бороться и всячески пытаются избежать гибели.
В некоторых случаях бактериям, возможно, удалось поменяться с хищником местами. Сегодня амеба может заболеть от бактериальной инфекции, вызванной теми видами, которые научились проникать в клетки хищников — простейших и прекрасно там себя чувствуют. Другие бактерии выказывают больше благодарности и в обмен на жилище обеспечивают одноклеточных простейших необходимыми для жизни химическими веществами. Когда‑то эукариоты таким образом обзавелись бактериями, дышащими кислородом[23], и эти бактерии с тех пор стали частью наших с вами клеток. В свою очередь, предки водорослей обзавелись фотосинтезирующими бактериями, и среди их потомков — все растения, которые делают нашу Землю такой зеленой. Благодаря партнерам — бактериям на материках получили возможность развиваться крупные экосистемы с лесами, степями и болотами, ставшие домом для животных всех сортов — от насекомых до млекопитающих.
Потомки хищников — эукариот, гонявшихся несколько миллиардов лет назад за бактериями, теперь сами стали новой экосистемой, которую бактерии успешно освоили. Тысячи микроорганизмов сумели приспособиться к богатому пищей царству — кишечнику животных; среди этих тысяч и предки нашей E. coli. Эти бактерии принесли с собой способность расщеплять органические вещества, обмениваться между собой информацией и сотрудничать. Они прошли долгий путь от общего предка всех живых организмов, но, выбрав в качестве среды обитания внутренности животных, они по — своему вновь соединили давно разошедшиеся ветви древа жизни.
E. coli в суде
Здание федерального суда в городе Гаррисберг (штат Пенсильвания) представляет собой невыразительную коробку из темного стекла. Здешние судьи разбирают в основном скучные конфликты по поводу работы похоронных контор, лицензий на продажу алкоголя, парковок при аэропортах. Но в 2005 г. здание суда оказалось неожиданно наводнено толпами людей — репортеров, фотографов и просто зевак. Всех их привлекло одно и то же дело: Китцмиллер против управления образования округа Дувр. Одиннадцать родителей из небольшого городка Дувр подали иск против местного совета по образованию. Обвинение состояло в том, что совет ввел религию в программу занятий по естественнонаучным дисциплинам. Дело привлекло внимание мировой общественности, поскольку суду впервые предстояло рассмотреть креационизм в его самом свежем воплощении, известном как теория разумного замысла. Процесс стартовал 26 сентября 2005 г. В зале установили проекторы, чтобы адвокаты и эксперты, приглашенные в качестве свидетелей, могли демонстрировать на большом экране картинки, иллюстрирующие их точку зрения. На экране снова и снова появлялась одна и та же картинка: изображение жгутика E. coli.
За последние 25 лет этот самый жгутик стал буквально иконой креационизма — молекулярным оружием, при помощи которого сторонники креационизма рассчитывали поразить зло, олицетворением которого служили Дарвин и его последователи. Десятилетиями креационисты демонстрировали жгутик бактерии на лекциях и в книгах как явный пример мастерства божественного дизайнера. Но до судебного процесса в Дувре у них не было возможности представить жгутик миру.
Их стратегия потерпела полное поражение. По завершении процесса судья Джон Джонс вынес решение против школьного совета — отчасти потому, что доказательства разумного замысла при конструировании жгутика оказались такими слабыми. Более того, бактериальный жгутик — прекрасный пример того, как работает эволюция; из этого примера ясно видно, почему креационизм как наука терпит поражение.
Креационизм — вера в то, что разнообразие земной жизни возникло в результате целенаправленных действий божественного творца — впервые проявил себя как серьезная сила в американской истории в начале XX в. Но креационизм никогда не был единым комплексом непротиворечивых идей. Некоторые его сторонники утверждали в соответствии со Священным Писанием, что миру всего несколько тысяч лет, тогда как другие все же принимали геологические доказательства возраста нашей планеты. Одни твердили, что теория эволюции должна быть неверна, поскольку противоречит Библии. Другие пытались оспаривать конкретные доказательства эволюции, утверждая, что биологические виды слишком отличаются друг от друга и никак не могли произойти от одного общего предка. Они указывали на отсутствие среди окаменелостей переходных форм — таких, к примеру, которые могли бы связать китов с сухопутными млекопитающими; эти пробелы, говорили они, доказывают со всей очевидностью, что промежуточные формы просто не могли существовать. Когда же палеонтологи обнаружили окаменелости некоторых переходных форм — таких, например, как киты с ногами, — креационисты просто переметнулись на другие лакуны в знаниях.
Креационистам не удалось нарушить сложившийся в научном мире консенсус, но в средней школе им повезло больше. В 1920–е гг. законодатели штатов начали запрещать преподавание теории эволюции в школах, и многие из этих законов действовали более 30 лет. Только в 1968 г. Верховный суд США постановил, что запрет на преподавание теории эволюции в школах равноценен навязыванию учащимся религии. Поняв, что изолировать школу от теории эволюции не удастся, креационисты сменили тактику и решили ввести в школьную программу и креационизм. Они утверждали, что креационизм — это строгая научная дисциплина, которая, безусловно, заслуживает, чтобы ее преподавали в школах. Самозваные «ученые — креационисты» основали множество организаций со звучными названиями, таких как Институт креационистских исследований, и стали работать над учебником, который затем рассчитывали ввести в школах. Для этого они начали искать в природе вещи, которые можно было бы объявить научными доказательствами теории разумного замысла.
Надо сказать, что со времени рождения креационизма биология очень изменилась. Молекулярные биологи научились погружаться в изысканную сложность клетки, где обнаружились целые комплексы белков, работающих по общему сценарию, как части единого механизма. Креационистам необходимы были структуры, которые можно было бы объявить результатом разумного акта творения, а не эволюции; они выбрали несколько объектов, в том числе и жгутик E. coli.
В 1981 г. Ричард Блисс, председатель отдела образования Института креационистских исследований, приехал в двухгодичный колледж на западе Арканзаса, чтобы прочитать лекцию о креационистской науке. Он рассказал своей аудитории о том, что в креационистской модели мира «нам следовало бы ожидать фантастической упорядоченности — и она реально существует, ребята. Существует упорядоченность на макрои микроуровне. Чем глубже мы проникаем на молекулярный уровень, тем чаще видим ее. Упорядоченность всюду; она буквально бросается в глаза». В качестве примера такой упорядоченности Блисс показал слушателям изображение E. coli.
