Ник Лейн - Лестница жизни. Десять величайших изобретений эволюции

• Название: Лестница жизни. Десять величайших изобретений эволюции
• Автор: Ник Лейн
• Издательство: Act, corpus
• Жанр: Научпоп
• Год: 2014
• ISBN: 978-5-17-079731-8

Как возникла жизнь? Откуда взялась ДНК? Почему мы умираем? В последние десятилетия ученые смогли пролить свет на эти и другие вопросы происхождения и организации жизни. Известный английский биохимик реконструирует историю всего живого, описывая лучшие изобретения эволюции, и рассказывает, как каждое из них, начиная с самой жизни и генов и заканчивая сознанием и смертью, преображало природу нашей планеты и даже саму планету.

---

6. Уксус по-латыни - acetum, отсюда корень “ацетил”. В ацетилтиоэфире двухуглеродная основа молекулы уксусной кислоты присоединена к другой органической молекуле через атом серы. Кристиан де Дюв уже два десятилетия указывает на ключевую роль, которую ацетилтиоэфиры должны были играть на ранних этапах эволюции, и в последнее время экспериментаторы наконец начали принимать его доводы всерьез.

7. Подробности этой истории, а также другие сведения о странностях и исключительной важности хемиосмоса я попытался изложить в своей предыдущей книге “Энергия, секс, самоубийство: митохондрии и смысл жизни”.

Глава 2

1. Учитывая, как много возникает новых мутаций, можно задаться вопросом: а почему мы все до сих пор не погибли от их неудержимого накопления? Этот вопрос беспокоит и многих биологов. Если отвечать на него одним словом, то ответ будет “секс”. Объяснения отложим до главы 5.

2. Эта цифра относится к сходству ДНК-последовательностей. Помимо изменений в последовательностях ДНК-букв, после расхождения эволюционных линий людей и шимпанзе в их геномах происходили и другие существенные изменения, такие как удаление фрагментов и слияние хромосом. Так что сходство геномов составляет скорее около 95 %. По сравнению с разницей между людьми и шимпанзе, различия между человеческими популяциями ничтожны: генетически мы все на 99,9 % идентичны. Столь скромная изменчивость отражает сравнительно недавно (по-видимому, около ста пятидесяти тысяч лет назад) преодоленное нашими предками “бутылочное горлышко”. Все расы современного человечества произошли от небольшой африканской популяции, расселившись по планете в ходе ряда миграционных волн.

3. На самом деле в состав молекул РНК вместо тимина (Т) входит немного отличающееся от него другое азотистое основание - урацил (У). Это одно из всего двух различий в строении молекул РНК и ДНК. Второе заключается в том, что в основе РНК лежит немного другой сахар - рибоза (в основе ДНК лежит дезоксирибоза). Нам еще предстоит убедиться в том, что эти два скромных химических различия вызывают огромную функциональную разницу.

4. Природа решает проблему рамки считывания очень просто: последовательно читая каждую молекулу матричной РНК. Молекулы транспортной РНК не пристраиваются к мРНК как поросята к свиноматке, а сменяют друг друга в ходе удивительного автоматизированного процесса. Молекула мРНК проходит сквозь рибосому, как магнитофонная лента вдоль магнитной головки, и записанные в ней кодоны считываются молекулами тРНК один за другим, пока рибосома не доходит до стоп-кодона. Белок при этом синтезируется не в самом конце, а в процессе считывания, постепенно наращиваясь, и, наконец, отделяется от рибосомы, когда она доходит до стоп-кодона. По одной и той же цепочке мРНК могут одновременно двигаться несколько рибосом, и каждая из них по ходу движения синтезирует одну молекулу белка.

5. Названия веществ-предшественников нам здесь не важны, но я все-таки приведу их: если первая буква кодона - Ц, то кодируемая им аминокислота будет производным альфа-кетоглутарата, если А - то оксалоацетата, если Т - пирувата. Наконец, если первая буква - Г, то аминокислота образуется в ходе единственной реакции одного и того же типа из одного из нескольких простых предшественников.

6. Возможно, передача аминокислоты РНК зависит от последовательности РНК-букв. Майкл Ярус и его коллеги из Колорадского университета в Боулдере показали, что небольшие молекулы РНК, содержащие последовательности из того или иного многократно повторенного антикодона, могут связываться с соответствующей аминокислотой в миллион раз успешнее, чем с другими аминокислотами.

7. Для осуществления этой реакции в лабораторных условиях необходим и фермент - ДНК-полимераза. Вероятно, для репликации РНК или ДНК в гидротермальных источниках тоже требовался фермент, но нет никаких оснований полагать, что этот фермент был именно белком. РНК-репликаза подошла бы ничуть не хуже, и хотя ее поиски пока не увенчались успехом, похоже, что такой фермент действительно возможен.

8. Наш (эукариотический) метод репликации ДНК получен от архей, а не от бактерий. Почему так получилось, я расскажу в главе 4.

9. В статье Уотсона и Крика отмечалось: “Построить эту структуру [двойную спираль] с сахаром рибозой вместо дезоксирибозы, по-видимому, невозможно, поскольку дополнительный атом кислорода сделал бы ван-дер-ваальсов контакт слишком близким”.

Глава 3

1. Кислорода в атмосфере примерно в 550 раз больше, чем углекислого газа, так что удвоить или утроить уровень углекислого газа гораздо проще, чем кислорода. Однако, хотя концентрация кислорода в атмосфере не особенно изменилась, повышение температуры снижает растворимость кислорода в воде. Снижение уровня кислорода в океанской воде уже сказывается на популяциях рыб. Например, численность популяции бельдюги в Северном море меняется из года в год в зависимости от концентрации растворенного кислорода (чем она ниже, тем меньше популяция).

2. Подробнее о роли кислорода в эволюции можно прочитать в другой моей книге - “Кислород: вещество, создавшее наш мир”.

3. Если вы хотите больше об этом узнать, от души рекомендую вам книгу Оливера Мортона “Питание солнцем” (Morton, Oliver Eating the Sun. Fourth Estate, 2007).

4. Томас Г. Гекели, прочитав “Происхождение видов”, воскликнул: “Как же необыкновенно глупо было до этого не додуматься!”

5. Энергия электромагнитного излучения находится в обратной зависимости от длины волны: чем меньше длина волны, тем выше энергия. Хлорофилл поглощает лучи видимой части спектра, а именно - красного света. Форма хлорофилла, отличающаяся высокой окислительной способностью, называется Р68о, поскольку она поглощает свет с длиной волны 68о нанометров. Другие формы хлорофилла в клетках растений поглощают свет с длиной волны 700 нанометров, несущий немного меньше энергии. Синий и желтый свет вообще не нужны для фотосинтеза и отражаются от клеток растений (или проходят сквозь них). Именно поэтому мы видим растения зелеными.

6. Тем, кому интересно, какое именно непроизносимое название стоит за сокращением НАДФ, могу его сообщить: никотинамидадениндинуклеотидфосфат. Восстановленный (получивший электрон) НАДФ - сильный восстановитель, то есть молекула этого вещества хорошо “толкает” электроны другим молекулам.

7. В науке принято называть бактериальные комплексы, осуществляющие фотосинтез, не фотосистемами, а фотосинтетическими единицами. Однако активные центры этих комплексов столь отчетливо предвосхищают соответствующие центры растительных фотосистем как по структуре, так и по функциям, что я буду называть их одним и тем же термином.

8. На самом деле порфирия - это целая группа болезней, вызываемых накоплением порфиринов в коже и внутренних органах. Большинство форм порфирии довольно легкие, но при некоторых формах накапливаемые порфирины активируются светом, вызывая весьма неприятные ожоги. Самые тяжелые формы этой болезни, такие как эритропоэтическая порфирия, столь разрушительны, что могут приводить к разъеданию носа и ушей, а также десен, из-за чего зубы кажутся увеличенными, и к появлению многочисленных шрамов и волос на лице. Некоторые биохимики предполагали связь этих недугов с легендами о вампирах и оборотнях, что вызывало возмущение многих людей, страдающих не столь тяжелыми формами этой болезни и считающих, что у них и так достаточно неприятностей, чтобы мучиться еще и от навешивания подобных ярлыков. Надо сказать, что наиболее тяжелые формы порфирии в наши дни встречаются редко - благодаря профилактическим мерам и совершенствованию методов лечения, помогающих предотвращать наихудшие ее проявления. Разрушительным способностям светочувствительных порфиринов даже нашлось медицинское применение: их используют для лечения рака по методу фотодинамической терапии, при котором свет активирует работу порфиринов, поглощаемых клетками опухоли.

9. Джон Аллен утверждает, что две фотосистемы разошлись в связи с тем, что у предков цианобактерий они стали использоваться по-разному. Другие исследователи доказывают, что расхождение произошло в совершенно разных эволюционных линиях бактерий, и две фотосистемы достались впоследствии одному организму в результате той или иной формы переноса генов - и как раз от такой генетической химеры и произошли современные цианобактерии. Недавно установленные факты подтверждают скорее версию Аллена (указывая на то, что фотосистемы достались другим эволюционным линиям от цианобактерий, а не наоборот), но в настоящее время генетические данные допускают и другую трактовку. Так или иначе, чтобы разойтись, фотосистемы должны были для начала взять на себя разные функции.