Симфония № 6. Углерод и эволюция почти всего - Роберт Хейзен

Эти умные кластеры клеток похожи на нашу обусловленную энергией экономику. Некоторые бодрые, энергичные люди производят энергию, добывая уголь, выращивая продукты питания, собирая солнечный свет или обуздывая ветер. Другие специализируются на производстве полезных товаров — машин, одежды, домов, музыки — и обменивают эти продукты на энергию. Так же и клеточные консорциумы состоят из множества клеток, каждая из которых является независимым подрядчиком, играющим свою роль, что основана на ее отличной от других генетической идентичности и внутренней химии.

Преимущества совместной игры

Как минимум 1,5 млрд лет назад появился абсолютно новый и чрезвычайно важный вариант клеточного сотрудничества — когда у группы относительно крупных одноклеточных организмов, называемых эукариотами («полноядерными» в переводе с греческого), образовались внутренние структуры, окруженные собственными мембранами{184}. Эти органеллы (что-то вроде жизненно важных органов людей) включают в себя ядро, содержащее ДНК клетки, митохондрии, которые действуют как клеточные энергетические станции, и хлоропласты, которые накапливают свет и преобразуют его в богатый энергией сахар. Некоторые биологи считают появление эукариотов самой важной инновацией в истории жизни, поскольку в результате этого события клетки получили источник внутренней энергии, позволивший им развиваться и кооперироваться как никогда раньше.

Как же возникла эта новая сложная клеточная архитектура эукариот? Основные подсказки нам дают митохондрии и хлоропласты. У них есть собственные мембраны и собственная ДНК, и они сами воспроизводятся, как если бы были независимыми клетками, живущими внутри более крупного эукариота. Сегодня общепризнано, что эукариотические клетки появились, когда бо́льшая клетка проглотила одну или несколько меньших. Гости не были переварены более крупным организмом, вместо этого сложился новый вариант сотрудничества.

Этот концептуальный прорыв, который заметнее всех поддерживала блестящая и противоречивая исследовательница Линн Маргулис, стал теперь прописной истиной, пересказываемой с прекрасными иллюстрациями в каждом учебнике по введению в биологию{185}. Но так было не всегда. В течение двух десятилетий биологическое сообщество резко критиковало гипотезу симбиогенеза. Статья Маргулис 1967 г., отстаивающая эту концепцию, отвергалась более десятка раз; заявки на грант также были отвергнуты, да еще и с едкими замечаниями{186}.

Горячность критики отчасти была вызвана тем, что новая гипотеза воспринималась как угроза устоявшейся эволюционной теории. Дарвиновская парадигма эволюции посредством естественного отбора требовала изменений постепенных, происходящих благодаря бесчисленным, обычно небольшим мутациям, за которыми следовало выборочное отсеивание среди разных популяций более или менее подходящих индивидуумов. В версии дарвинизма XX столетия эти мутации возникали исключительно из-за генетических вариаций ДНК. Гипотеза же симбиогенеза утверждала, что новые формы жизни иногда появляются при взаимном слиянии двух совершенно разных видов. Какое-то время наука находилась в досадном тупике, пока не произошло открытие ДНК в митохондриях и хлоропластах и не стало ясно, что эти органеллы некогда были независимыми клетками.

И хотя бионаучное сообщество приняло симбиотическое происхождение эукариот, наградив Маргулис десятками призов, медалей и почетных степеней, все же оказалось, что исследовательница раздвинула границы дозволенного. Симбиоз, утверждала она, является главной движущей силой эволюции жизни. Генетические вариации происходят в первую очередь из-за перемещения ДНК между клетками, а не вследствие мутаций. Продвигая свои взгляды, она критиковала неодарвинистов, которые, по ее словам, «погрязли в своей зоологической, капиталистической интерпретации Дарвина, основанной на понятиях конкуренции и экономической выгоды»{187}.

Маргулис видела симбиотические эволюционные пути везде — в термитах, коровах, деревьях и людях. Подкрепляя свои страстные выступления массой анатомических и молекулярных данных, она утверждала, что буквально каждая клетка на Земле критическим образом зависит от какой-то другой группы сотрудничающих, а не конкурирующих клеток. Без специализированных органов, наполненных питающимися целлюлозой микробами, термиты и коровы умерли бы. Без обширных симбиотических сетей корневых грибов, не говоря уже о разнообразном зверинце микробов в почве, погибли бы деревья. На самом деле Маргулис представила в этом новом симбиотическом контексте всю природу — в виде так называемой гипотезы Геи, согласно которой Земля сама функционирует как единая саморегулирующаяся система.

В 2011 г., всего за несколько недель до ее преждевременной смерти от сердечного приступа, я встречался с Линн Маргулис у нее дома в Амхерсте — она преподавала науки о Земле в местном кампусе Массачусетского университета. Маргулис сама была силой природы — агрессивно-любознательной, всегда подвергавшей сомнению условности и творчески переосмысливавшей природу. Она получала искреннее удовольствие от своих исследований, и мне было ясно, что Линн просто хотела знать, как функционирует природа, и отказывалась принимать традиционные объяснения сложных проблем.

Дом Маргулис стоял по соседству с домом-музеем Эмили Дикинсон, и, пока мы гуляли и разговаривали, она иногда прерывалась и читала какие-нибудь «припасенные» стихи Дикинсон, указывая именно на ту узкую тропинку или тот ряд кустов, которые были упомянуты в строках. Маргулис пригласила меня в Амхерст, чтобы обсудить ее крепнущее убеждение, что эволюцию посредством симбиоза можно расширить до не рассматриваемых ранее аспектов геосферы Земли. Тот разговор в некотором смысле предвосхищал основные идеи минеральной эволюции, хотя я не осознавал этого в то время. Если бы я только мог поделиться с ней теми идеями…

Загадочные вариации{188}

Без малого миллиард лет — бо́льшую часть протерозойского эона Земли, который охватывал огромный интервал времени с 2,5 до немногим более 0,5 млрд лет назад, — эукариотические клетки вели уединенную жизнь. Между современной, полной сил биосферой и тем могучим миллиардолетним микробным царством имел место короткий загадочный этап «выпуска новинок» — эдиакарский период[49], когда появились первые сложные многоклеточные организмы. У мягкотелых животных гораздо меньше шансов сохраниться в виде фоссилий в каменной летописи Земли, нежели у их собратьев, обладавших твердыми раковинами. Тем не менее ископаемые остатки червей и медуз находят по всему миру в мелкозернистых горных породах с пониженным содержанием кислорода, где мертвые организмы, скорее всего, «мумифицировались».

Самые первые необычные отпечатки больших мягкотелых ископаемых, которые вы можете подержать в руках, появляются в породах, образовавшихся, согласно оценкам, примерно 575 млн лет назад — почти за 35 млн лет до широкого распространения животных с минерализованными раковинами. В диапазоне размеров от маленьких монеток до обеденных тарелок эти странные, округлые и напоминающие очертаниями листья пальмы существа, очевидно, жили в своего рода подводных садах на древнем океаническом дне. Споров относительно их биологической принадлежности много. Большинство исследователей считают, что они были животными, возможно типа губок или медуз, хотя столь же вероятно, что у них нет близких ныне существующих родственников, с которыми можно было бы установить их родство. Другие утверждают, что они представляли собой первые фотосинтезирующие растения или даже примитивные формы лишайников. Продолжающиеся дебаты добавляют