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.

---

10. По данным Джима Барбера, именно так кислород-выделяющий комплекс формируется и сегодня. Если удалить этот комплекс из фотосистемы II, а затем поместить “пустую” фотосистему в раствор, содержащий ионы марганца и кальция, и подвергнуть его серии световых вспышек, точно такой же комплекс может сформироваться вновь. Каждая вспышка вызывает окисление одного иона марганца, который, окислившись, связывается с фотосистемой, становясь на свое место. После пяти или шести вспышек все ионы марганца и кальция оказываются на своих местах, полностью восстанавливая кислород-выделяющий комплекс. Иными словами, при наличии соответствующих белков происходит самосборка данного комплекса.

Глава 4

1. Когда вы это прочитаете, Windows ХР, возможно, будет значить для вас не больше, чем Windows 286. Можно не сомневаться, что на смену Windows ХР придет какая-нибудь другая, улучшенная система (пусть даже неустойчивая и уязвимая для вирусов).

2. Это не значит, что у бактерий нет соответствующих генов. Например, клеточный скелет бактерий состоит из белков, явно родственных белкам эукариотического клеточного скелета, потому что структура их молекул так похожа, что ее модели совпадают друг с другом при наложении. Тем не менее, генетические последовательности, кодирующие эти белки, разошлись настолько, что между ними не осталось следов родства. Если судить только по последовательностям, гены белков эукариотического клеточного скелета пришлось бы признать свойственными исключительно эукариотам.

3. Везе по-прежнему считает свое древо, основанное на изучении рибосомальной РНК, “каноническим” - на том основании, что использованный им ген РНК малой субъединицы рибосомы не только медленно эволюционирует, но и никогда не передается путем горизонтального переноса и наследуется лишь вертикально, передаваясь от материнской клетки дочерней. Однако последнее не совсем верно: известно несколько примеров горизонтального переноса этого гена у бактерий, например среди гонококков (Neisseria gonorrhoeae). Другой вопрос - насколько часто такое случалось за время эволюции. Ответить на него можно лишь с помощью более продвинутых консенсусных деревьев, основанных на многих генах.

4. Это клеточный вариант философского вопроса, останемся ли мы сами собой, если поменяемся с кем-либо большей частью своих воспоминаний, и будет ли это означать, что мы обменяемся и личностями. Клетка, как и личность, есть нечто большее, чем сумма ее частей.

5. На самом деле эволюция, разумеется, движется и ползком, и прыжками одновременно, и здесь нет никакого противоречия: все зависит от того, оценивать ли скорость изменений в масштабе поколений или геологического времени. Большинство проявляющихся у организмов мутаций вредны, но они устраняются естественным отбором и все остается по-прежнему, если изменения среды (например, массовые вымирания) не меняют ситуацию. Тогда в геологических масштабах времени изменения могут быть стремительными, но они осуществляются посредством все того же генетического механизма и в масштабах поколений все равно остаются медленными. При этом ученые склонны подчеркивать катастрофический либо постепенный характер изменений - во многом в зависимости от личного темперамента, определяющего, хотят ли они быть вестниками революций.

6. Согласно “водородной гипотезе” Билла Мартина и Миклоша Мюллера, в эту связь вступили архея, растущая на водороде и углекислом газе, и бактерия, способная осуществлять, в зависимости от обстоятельств, кислородное дыхание или брожение, производя водород и углекислый газ. Эта разносторонняя бактерия предположительно могла использовать метан, выделяемый археей в качестве отходов. Но я не стану обсуждать здесь эту концепцию - я уже сделал это в своей предыдущей книге “Энергия, секс, самоубийство”. Идеи, изложенные на следующих нескольких страницах данной главы, тоже разобраны в той книге более подробно.

7. По чисто геометрическим причинам отношение площади поверхности к объему уменьшается с увеличением объема, потому что площадь поверхности возрастает пропорционально квадрату линейных размеров, а объем - кубу. Удвоение линейных размеров увеличивает площадь поверхности вчетверо (2 х 2 = 4), а объем в восемь раз (2 х 2 х 2 = 8). В результате при увеличении размеров клетки уменьшается отношение площади мембраны, используемой для производства энергии, к объему клетки, и энергетическая производительность бактерии падает.

8. Я отстаивал эту точку зрения в лекциях, с которыми выступал по всему миру, и пока не встретил “убийственных” возражений. Самое серьезное возражение выдвинул Кавалир-Смит. Он указал на существование фагоцитоза у некоторых современных эукариотических клеток, не имеющих митохондрий. Но я не думаю, что их существование опровергает тезис о невозможности фагоцитоза без митохондрий, потому что отбор оказывает особенно сильное давление на тех прокариот, которые используют для дыхания наружную мембрану. Когда фагоцит уже сформировался, какие-то из его частей в зависимости от обстоятельств могли уничтожаться (эволюционная редукция - обычное явление, особенно у паразитов). Уже развившемуся фагоциту было намного легче утратить митохондрии в определенных условиях (например, связанных с паразитизмом), чем прокариотической клетке развиться в фагоцита без помощи митохондрий.

Глава 5

1. Есть мнение, что этой дамой была Стелла Кэмпбелл, знаменитейшая английская актриса того времени, для которой Шоу впоследствии написал роль Элизы Дулиттл в пьесе “Пигмалион”, а также что это была скандально известная основоположница современного танца - Айседора Дункан. Но вполне возможно, что это вымышленная история.

2. В Уганде, одной из немногих африканских стран, где распространение ВИЧ удалось остановить, заболеваемость за десять лет снизилась с 14 до 6 % - во многом благодаря разъяснительной работе среди населения. Предложение, которое постарались донести до людей, предельно просто, но на практике не всегда осуществимо: необходимо избегать секса без презервативов. Одно из исследований показало, что успех пропагандируемого в Уганде “курса ABC’ (Abstinence, Be faithful, Condoms - Воздержание, верность, презервативы) во многом связан именно с последним пунктом.

3. Кстати, еще Ричард Докинз в книге “Эгоистичный ген” предсказал возможность такого поведения генов, и его проницательное предположение с тех пор получило более чем убедительные подтверждения.

4. В этом смысле бактерии размножаются не исключительно клонированием, потому что они также могут получать ДНК от других клеток путем горизонтального переноса. В этом отношении бактериям свойственна гораздо большая гибкость, чем не практикующим половое размножение эукариотам. В том, какое огромное значение это имеет для бактерий, можно убедиться на примере стремительного распространения устойчивости к антибиотикам, обычно приобретаемой именно путем горизонтального переноса генов.

5. Об этом подробно рассказывает Мэтт Ридли, со свойственным ему мастерством, в книге “Секс и эволюция человеческой природы”, опубликованной в 1993 году.

6. Можно возразить, что на то есть иммунная система, выработанная эволюцией именно как средство для борьбы с паразитами. Это верно, но у иммунной системы имеется одна слабость, которую позволяет компенсировать только секс. Для работы иммунной системы ей требуется отличать “свое” от “чужого”. Если белки, по которым определяется “свое”, из поколения в поколение не меняются, любой паразит сможет без особого труда обмануть иммунную систему, замаскировавшись под такие белки. Именно это и происходило бы с любыми организмами, обладающими иммунной системой, но размножающимися исключительно клонированием. Только секс (или очень высокая частота мутаций белков, по которым определяется “свое”) позволяет с каждым поколением менять свойственное иммунной системе представление о “своем”.

7. Не совсем так. Одна из причин, почему У-хромосома не исчезла, состоит в том, что она держит некоторые гены во множестве экземпляров. Судя по всему, при мейозе она может складываться вдвое, позволяя рекомбинации проходить в пределах одной хромосомы. Даже такая ограниченная рекомбинация, похоже, спасла К-хромосому от исчезновения - по крайней мере, у большинства млекопитающих. Однако некоторые млекопитающие, например два азиатских вида слепушонок, все-таки утратили У-хромосому. Точно не известно, как у них определяется пол, но обнадеживает, что мужской пол, похоже, не обречен разделить судьбу своей дегенерирующей хромосомы.

8. В этих двух утверждениях ничего не сказано ни о природе клетки-хозяина, ни о характере симбиотических отношений между клетками - двух особенно спорных пунктах. Но в данном случае не важно, имела ли клетка-хозяин ядро или клеточную стенку и вела ли она образ жизни фагоцита. Так что, несмотря на то, что вопрос о происхождении эукариотической клетки по-прежнему остается во многих отношениях спорным, изложенные здесь представления не зависят ни от одной из выдвинутых на этот счет альтернативных теорий.