Рассказ предка. Паломничество к истокам жизни - Ричард Докинз

– Говорю вам, Хаксли, это сложнейшая проблема. Я не понимаю, что такое нервный импульс, а вы?

– Да, Ходжкин, и я не понимаю. А дифференциальные уравнения для этих импульсов – вообще кошмар. Почему бы не бросить это и не просто сказать, что нервный импульс передается посредством нервной энергии?

– Отличная идея, Хаксли! Давайте черкнем письмо в “Нейчур” (всего-то одна строчка), а потом займемся чем-нибудь полегче.

Старший брат Эндрю Хаксли, Джулиан, сходным образом высмеивал витализм Анри Бергсона: писал, что объяснять жизнь идеей elan vital [фр. жизненный порыв] Бергсона – все равно что утверждать: поезд движется благодяря еіапокомотиву. Однако гипотеза направленной панспермии не страдает пороком умственной лености (Миллер бы сказал о богохульстве). Ведь Крик говорил о сверхчеловеческом, а не сверхъестественном замысле: разница существенная. По Крику, сверхчеловеческие разработчики бактерий и способов заселения Земли этими бактериями сами эволюционировали в ходе некоего аналога земного естественного отбора. Важно понимать, что Крик всегда пытается отыскать то, что Дэниел Деннет называет “подъемным краном”, и никогда не довольствуется, как Бергсон, “крюком” с небес.

Основной способ опровержения аргумента неупрощаемой сложности заключается в демонстрации того, что некая якобы неупрощяемая сложная сущность – жгутиковый “двигатель”, каскад реакций свертывания крови, цикл Кребса, что угодно еще – на самом деле является упрощаемой. Во всех этих случаях нужно просто доказать, что субъективное неверие было ошибочным. Кроме того, не нужно забывать: если мы не можем детально описать путь, которым могла эволюционировать сложность, это еще не повод говорить, что такая сложность сверхъестественна. Потому что это либо богохульство, либо обычная умственная леность – кому как нравится.

Но есть и другое опровержение: гипотеза “арки и строительных лесов” Грэма Кернс-Смита. Правда, он применял эту гипотезу в другом контексте, но здесь его доводы тоже уместны. Арка неупрощаема в том смысле, что, если удалить ее часть, все развалится. Однако ее можно построить постепенно с помощью строительных лесов. Если впоследствии мы уберем леса, это не даст нам права наделять каменщиков сверхъестественными способностями.

Жгутиковый “двигатель” обычен для бактерий. Ризобии (Rhizobium) выбраны на роль рассказчика лишь затем, чтобы продемонстрировать удивительное многообразие бактерий. Фермеры выращивают бобовые (Leguminosae) по одной простой причине: они могут поглощать азот (самый распространенный газ в атмосфере) из воздуха, а не в виде соединений азота в почве. Но связыванием атмосферного азота и преобразованием его в доступные соединения занимаются не сами бобовые. Это делают симбиотические бактерии, в частности ризобии. Эти бактерии живут в узелках, находящихся на корнях растений и явно предназначенных для них.

Такой “контракт” с бактериями на оказание биохимических услуг – чрезвычайно распространенное явление среди животных и растений.

Рассказ Taq

Итак, мы встретили практически все существующие формы жизни. Теперь можно окинуть взглядом открывшееся разнообразие. На самом глубоком уровне разнообразие жизни является химическим. Профессии, которыми владеют наши пилигримы, охватывают широкий диапазон навыков в области химии. И самый широкий спектр демонстрируют бактерии, включая архей. Бактерии – главные химики на планете. Даже химия наших собственных клеток во многом заимствована у бактериальных гастарбайтеров – а ведь это малая часть того, на что способны бактерии. С химической точки зрения мы сильнее похожи на некоторые бактерии, чем некоторые бактерии – друг на друга. Если уничтожить все живое, кроме бактерий, жизнь сохранит значительную часть своего разнообразия – по крайней мере, в химическом отношении.

На роль рассказчика я пригласил бактерию Thermus aquaticus (она известна молекулярным биологам как Taq). T. aquaticus, как видно из ее названия, живет в воде. В очень горячей воде. Как мы убедились на рандеву № 38, многие археи являются термофилами и гипертермофилами, хотя они не имеют монополии на такой образ жизни. Термофилы и гипертермофилы – не таксономические категории, а скорее что-то вроде профессий или гильдий, вроде чосеровских Студента, Мельника и Врача. Они живут там, где никто другой жить не может: в очень горячих источниках Роторуа и Йеллоустонского парка, в жерлах вулканов срединно-океанических хребтов. T. aquaticus – эубактерия-гипертермофил. Она выживает в почти кипящей воде, хотя предпочитает более комфортную температуру: 70 °C или около того. Впрочем, мировой рекорд принадлежит не ей: некоторые глубоководные археи живут при температуре до 115 °C, что гораздо выше нормальной точки кипения воды.

Молекулярным биологам T. aquaticus интересна тем, что выступает источником фермента репликации ДНК, известного как Taq-полимераза. Конечно, ферменты для репликации ДНК есть у всех организмов, однако у T. aquaticus он выдерживает температуры, близкие к точке кипения воды. Ученым это оказалось очень удобно: самый простой способ подготовить ДНК к репликации – это нагреть ее, чтобы разделить на две нити. Многократное нагревание и охлаждение раствора, содержащего ДНК и Taq-полимеразу, позволяет реплицировать (“амплифицировать”) даже ничтожные количества исходной ДНК. Этот метод называется полимеразной цепной реакцией (ПЦР).

Известность, которую T. aquaticus приобрела в качестве волшебника, является достаточным основанием для того, чтобы доверить ей этот рассказ. Впрочем, это не единственная причина, по которой нам подходит T. aquaticus. Она относится к небольшой группе бактерий, известных как галобактерии (Hadobacteria). По мнению Тома Кавалир-Смита (см. рандеву № 39), галобактерии вместе с зелеными несернистыми бактериями являются самой ранней ответвившейся бактериальной группой. Если так, то они самые дальние родственники всех остальных форм жизни.

Согласно такой точке зрения, T. aquaticus и родственные ей бактерии – настоящие маргиналы. У других бактерий есть общий предок, который объединяет их с остальными живыми существами. Но только не у T. aquaticus. Если гипотеза в дальнейшем подтвердится, это будет означать вот что. Как любую бактерию можно использовать для укоренения филогенетического древа всех остальных живых существ, так и T. aquaticus можно использовать для укоренения филогенетического древа всех остальных бактерий. Правда, пока особый статус T. aquaticus не получил надежных доказательств. Но мы можем не сомневаться в том, что основная доля разнообразия жизни на фундаментальном химическом уровне приходится на микробов, подавляющее большинство которых – бактерии. А поскольку разнообразие жизни в основном касается ее химических аспектов, историю об этом разнообразии должна рассказывать именно бактерия. Так что пусть это будет T. aquaticus.

Традиционно – и по понятным причинам – мы смотрим на все с точки зрения крупных животных. Мы относим живое к растительному или животному царствам, и отличие кажется нам вполне очевидным. Прежде грибы считались растениями, потому что они, как правило, живут на одном месте и не убегают от нас. До XIX века мы даже не подозревали о существовании бактерий. А когда ученые впервые увидели их в микроскоп, они не знали, как их классифицировать. Одни считали их крошечными растениями, другие – крошечными животными. Третьи относили светопоглощающих бактерий к растениям (“сине-зеленые водоросли”), а остальных – к животным. Примерно так же поступили с “протистами” – одноклеточными эукариотами, которые не относятся к бактериям и гораздо крупнее их. Зеленых протистов назвали протофитами (Protophyta), а остальных – протозоями (Protozoa). Самый известный пример протозоя – амеба, которую когда-то считали чуть ли не великим предком всей жизни на Земле. Как мы ошибались! Ведь амеба с точки зрения бактерий почти неотличима от людей.

Фундаментальные ветвления на древе жизни. Филогенетическая схема, построенная по молекулярным данным. Gribaldo and Philippe [113].

Однако это было тогда, когда существ классифицировали по их внешним признакам. А по внешним признакам бактерии гораздо менее разнообразны, чем животные или растения, и вполне понятно, почему их считали примитивными. Однако все изменилось, когда для классификации стали использовать молекулярные данные и мы ознакомились со спектром биохимических “профессий” микробов.

Если мы считаем группы животных и растений царствами, мы должны признать, что существуют десятки микробных “царств”, уникальность которых дает им полное право на такой статус. На диаграмме изображена лишь верхушка айсберга. Сюда не попали некоторые глубоко укорененные ветви. Кроме того, здесь представлены лишь те существа, которые живут в доступных местах и могут быть культивированы в лаборатории. А ведь если мы соберем всю ДНК из пока не известных нам мест, мы найдем новые микробные царства. Животные, растения и грибы представляют три небольших ветви на древе жизни. Эти три царства отличает то, что относящиеся к ним организмы – крупные и состоят из множества клеток. Другие царства почти целиком состоят из микроорганизмов. Так почему бы не объединить их в одно микробное царство, которое будет иметь тот же статус, что и каждое из трех царств многоклеточных? Одна из причин, почему мы не можем так поступить, такова: на биохимическом уровне многие из микробных царств столь же сильно отличаются друг от друга и от “большой тройки”, как и три царства многоклеточных – между собой.