Майкл Брукс - Тринадцать вещей, в которых нет ни малейшего смысла
Вместо прежнего единственного (но зачастую отменно длинного) названия Линней дал всем известным ему созданиям природы по паре коротких. Первое служило «характеристикой», определяя род: например, Homo. Второе — «дифференция» — обозначало вид, отличительный признак существ, принадлежащих к общему роду: например, sapiens или erectus. Эта стройная классификационная система до сих пор не превзойдена. Хотя выражение «серый волк» большинству людей знакомо куда лучше, чем Canis lupus, многие названия понятны без перевода с латыни: скажем, Tyrannosaurus rex или Escherichia (обычно сокращается до одной буквы Е.) coli, она же кишечная палочка.
Новая революция в таксономии произошла в 1970-е, когда Карл Вёзе перенес фокус исследований с фенотипов на генотипы. Воспользовавшись методами зарождавшейся в те годы генной инженерии, он заново упорядочил классификацию живых организмов, уже по характеристикам геномов. При этом Вёзе дерзнул изменить строение «древа жизни», придав ему так называемый филогенетический характер.
В начале того десятилетия носителей жизни делили на два основных царства. Одна ветвь — эукариоты — это многоклеточные животные и растения, чьи крупные и сложно организованные клетки имеют ядро, содержащее генетическую информацию. Вторые — прокариоты — устроены проще: это, например, бактерии с безъядерными клетками.
Между тем Вёзе в 1977 году опубликовал работу, где предлагал разбить домен прокариот на части. Классифицируя геномы различных микроорганизмов, он столкнулся с несоответствиями принятому порядку. Группа, которой он дал имя архебактерий, или архей, в этом отношении отличается от прокариот, но более сходна с эукариотами. Согласно Вёзе, археи, особенно обитающие в высокотемпературной среде или выделяющие метан в процессе обмена веществ, могут походить на прокариот, однако по генетическим признакам имеют совершенно иную эволюционную историю. Так в биологической систематике образовались три домена, или «надцарства», вместо прежних двух. Сегодня известно, что археям принадлежит важная доля в общей биомассе планеты — по одной из оценок, до 20 процентов. Места для обитания они, как правило, выбирают самые неприютные: скажем, галобактерии предпочитают концентрированные рассолы. Другие семейства живут в кишечнике жвачных животных, в кипящих серных источниках, на дне океанских впадин, в жерлах подводных вулканов и в залежах нефти… список продолжает пополняться.
В статье, опубликованной совместно с коллегой по Иллинойскому университету Джорджем Фоксом, Вёзе с ходу взял задиристый тон. Призывая биологов к действию, он писал о древе жизни, подходы к которому «загромождены» академическими постулатами. Текст пестрит выражениями «предрассудок», «бездоказательный», «принять на веру». Авторы указывают на приверженность биологической науки к грубым дихотомиям: растения — животные, эукариоты — прокариоты и так далее. Но живой мир не делится на половинки, заявили исследователи: «Он представляет собой, по меньшей мере, триаду».
Их работа отчетливо возвестила время признания архей наравне с бактериями-прокариотами и подобными нам на клеточном уровне эукариотами. А вставка «по меньшей мере» оставляла дверь открытой для новых добавлений. Ведь доменов, может статься, уже не три, а четыре. Почему бы не ввести в филогенетическую классификацию еще и мимивирус — если смелости хватит?
Тем не менее биологи, вопреки призывам Вёзе распахнуть умы в будущее, отнюдь не встретили красотку Мими с распростертыми объятиями. Явлению, грозящему в очередной раз поломать привычные схемы, нелегко получить в науке зеленую улицу. Вот ее и нет до сих пор. У биологов даже не сложилось единого мнения, можно ли рассматривать мимивирус как форму жизни. Подобная перестраховка кажется странной, коль скоро генетически мимивирус организован сложнее многих бактерий, которых никто не отказывается считать живыми. Так почему не устроить ему торжественный прием в «клуб живущих»? Сдается, единственный ответ: потому что он вирус. В ортодоксальной теории вирусы сходят за абсолютных паразитов. Значит, рассуждая логически, они не могли появиться на свет раньше своих хозяев.
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. В то время он, возможно, вовсе не был вирусом и вел самостоятельную жизнь, но позже, попав в незавидное положение, «нанялся на судно пиратов». На такую вероятность указывают 450 невиданных доныне генов — возможно, реликтов глубочайшей древности. Однако самое интересное в мимивирусе — не они, а семь генов, общих с любым живым существом на планете.
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.
