Фрэнк Райан - Виролюция. Важнейшая книга об эволюции после «Эгоистичного гена» Ричарда Докинза

• Название: Виролюция. Важнейшая книга об эволюции после «Эгоистичного гена» Ричарда Докинза
• Автор: Фрэнк Райан
• Издательство: Ломоносовъ
• Жанр: Биология
• Год: 2014
• ISBN: 978-5-91678-143-4

Основная идея этой книги шокирует. Все живое на планете, в том числе люди, живут в симбиозе с вирусами, эволюционируют вместе с ними и благодаря им… выживают. Первая реакция читателя: этого не может быть! Но, оказывается, может… Вирусы, их производные и тесно связанные с ними структуры составляют как минимум сорок три процента человеческого генома, что заставляет сделать вывод: естественный отбор у человека и его предков происходил в партнерстве с сотнями вирусов. Но как вирусы встроились в человеческий геном? Как естественный отбор работает на уровне вирус-носитель? Как взаимодействуют движущие силы эволюции — мутации, симбиогенез, гибридизация и эпигенетика? Об этом — логичный, обоснованный научно и подкрепленный экспериментальными данными рассказ Фрэнка Райана.

Книга изготовлена в соответствии с Федеральным законом от 29 декабря 2010 г. № 436-ФЗ, ст. 1, п. 2, пп. 3. Возрастных ограничений нет

---

Я заметил: подобные идеи могут весьма озадачить биологов и генетиков, привыкших считать гены передающимися простейшим вертикальным образом, от родителей к потомству.

— Поразмыслите немного, постарайтесь вспомнить факты — и убедитесь сами: исключения из этого правила встречаются настолько часто, что логичнее считать исключением само это правило, — сказал Ледерберг.

Здесь я с энтузиазмом подхватил его мысль и подвел к наиболее интересовавшей меня в тот момент теме.

— В массовом сознании вирус — нечто безусловно злое, заражающее людей, причиняющее болезни и временами приводящее к смерти. Но если следовать вашей логике, вирусы также могут существовать в симбиозе с животными?

Задавая этот вопрос, я знал: еще в 1952 году Ледерберг опубликовал важную статью под названием «Генетика клетки и наследственный симбиоз»[13]. В этой статье он предложил новый научный термин «плазмиды» для обозначения всех дополнительных факторов наследственности, расположенных в клетках вне хромосом и заполняющих генетический провал между различными формами жизни. В той же статье он прямо заявил о том, что плазмиды — симбиотические организмы, чьи гены стали частью генетического набора той жизненной формы, с какой плазмиды сосуществуют. С моей точки зрения, такой перенос уже готовой, сформировавшейся ранее и в ином месте генетической информации с эволюционной точки зрения весьма отличается от дарвиновской концепции случайного изменения в генах, происходящих из-за ошибок в копировании ДНК при делении клеток.

— Интересный вопрос, — заметил Ледерберг.

Я рассказал про узнанное мною об эпидемии хантавируса, в частности о факте рождения у мышей потомства, не зараженного вирусом. Мыши заражаются вирусом, взрослея, из-за обилия вируса в моче и других выделениях матери. Но, заражаясь вирусом, столь ужасным и смертельным для людей, молодые мыши не выказывали никаких признаков заболевания. Напротив — биологи, работавшие над изучением взаимодействия мышей и вирусов, пришли к выводу о благоприятном влиянии вируса: были основания полагать, что зараженные вирусом мыши росли более здоровыми и крупными.

Наконец я набрался храбрости спросить о том, что занимало меня уже два месяца.

— Я понимаю: вирусы не способны думать, у них нет и не может быть концепции «добра» и «зла», они лишены морали и самой возможности иметь мораль. Но возможно ли вирусам оказываться полезными для животного-носителя?

— Хм, любопытно… Мне неизвестны однозначно трактуемые примеры такой взаимной выгоды, но, если рассудить логически, почему бы и не быть выгоде? На ум немедленно приходит кросс-иммунитет к другим инфекциям. Благотворное влияние… пожалуй, насчет животных сказать затрудняюсь.

Я сделал следующий шаг:

— Может ли вирусное заражение некоего вида изменить его — причем настолько, что образуется новый биологический вид?

Пожалуй, это был самый дерзкий вопрос из всех, заданных мной Ледербергу, — и он глубоко задумался, прежде чем дать ответ.

— Я бы посоветовал вам недавно вышедшую книгу, — ответил он мне. — Ее написал Ян Сапп, и она про симбиоз, об истории этого понятия[14]. Ян — историк науки из университета Йорка в Канаде. Во время написания книги он был приглашен поработать в моей лаборатории. Он последователь идей Линн Маргулис — пожалуй, наиболее активной и сведущей сторонницы идей симбиоза. Наверное, вам случалось читать ее труды. Когда симбиоз приводит к конвергенции геномов различных форм жизни, создавая, таким образом, своеобразный, если можно так выразиться, гибрид, это, несомненно, влечет за собой эволюционные изменения самого решительного толка. Сейчас общепринято, что эукариотические клетки развились именно таким образом.

Эукариотические клетки — это клетки, имеющие ядро. Именно эволюционный скачок от безъядерных одноклеточных организмов привел к возникновению животных, растений, грибов, водорослей и меньших существ — например, амеб. Это событие было объявлено выдающимся дарвинистом Эрнстом Майром самым важным в эволюции жизни на Земле.

Интервью с Терри Йетсом открыло передо мною новое видение вирусов и их роли в эволюции, интервью же с Джошуа Ледербергом это видение расширило и углубило. Я покинул Нью-Йорк, полный решимости всерьез и основательно взяться за изучение этого вопроса.

Во вводной главе этой книги я обрисовал трехсторонний симбиоз морского слизня Elysia chlorotica, водоросли и неизвестного вируса, предположительно ретровируса, активно задействованного в жизненном цикле слизня. Но в 1994 году я еще ничего не знал про слизня Elysia chlorotica, а ученые тогда еще не вполне понимали роль вируса в его жизни. По правде говоря, я и об идеях симбиоза еще имел смутное представление и даже не знал, как определяется симбиоз с биологической точки зрения. В самом ли деле симбиоз подразумевает эволюционный механизм, отличающийся от весьма уважаемого и популярного современного дарвинизма? Из беседы с Ледербергом я сделал вывод о существенной разнице между этими двумя эволюционными механизмами, но Ледерберг не считал их опровергающими друг друга. И я запомнил его совет: «Вам нужен прочный фундамент для развития ваших идей». Моим фундаментом стала наука о симбиозе, множество ее данных о случаях и механизмах симбиоза, а в особенности я сконцентрировался на том, как симбиологи — люди, изучающие симбиоз, — выяснили, что симбиоз может быть движущей силой эволюции.

Читатели великолепной книги Яна Саппа об истории симбиоза знают, что в 1868 году, через девять лет после публикации Дарвином книги «О происхождении видов», швейцарский ботаник Симон Швенденер открыл любопытную особенность биологии лишайников. Все знают, что такое лишайники, видели их плоские, пастельных тонов нашлепки на валунах, могильных камнях (и даже знаменитых мегалитах Стоунхенджа), — но лишайники куда разнообразнее и распространеннее, чем подозревают большинство из нас, лишь поверхностно знакомых с их миром. Они играют важную роль в мировой экологии, будучи первыми организмами, заселяющими безжизненные, даже враждебные жизни ландшафты — от выжженных солнцем песчаных дюн до исхлестанных ветрами ледяных долин Антарктики. Лишайники цепляются к освещаемым солнцем поверхностям, разрушают камень, создавая почву, впитывают воду из росы и тумана, создавая запасы воды, важные для поддержания жизни в лесах. Благодаря лишайникам возникают своеобразные экосистемы, которые способствуют выживанию многих других форм жизни. Например, выносливые мхи и лишайники, спокойно переносящие под снегом арктические зимы, составляют основное питание саамских северных оленей. Во времена Швенденера лишайникам еще только-только дали место в систематике живого, определив их как отдельный класс, отдельный толстый сук, отходящий от ствола, представляющего царство растений. Натуралисты тогда усердно взялись за определение более чем тысячи видов, из каких состоит этот класс. Но увы! Их усилия оказались растраченными понапрасну. Швенденер показал: лишайники вовсе не отдельные организмы, а результат соединения двух весьма отличающихся форм жизни, водорослей и грибов.

Согласно знаменитому шведскому натуралисту Карлу Линнею, с восемнадцатого столетия было принято: каждый живой организм — отдельное самостоятельное существо, принадлежащее к определенному виду, а виду этому можно приписать определенное положение на систематическом древе живого. Например, мы, люди, принадлежим к виду «сапиенс» рода «гомо» — ветви, принадлежащей семейству «приматы» класса «млекопитающие». Но лишайник оказался не отдельной веточкой либо листком древа жизни, но тесным сплетением двух отдельных стволов, произрастающих из общего корня — царств протистов и грибов. Это открытие было катастрофой для упорядоченной биологии викторианского времени. Многие натуралисты, изучающие лишайники, наотрез отказались принять его, отвергая самую возможность подобного сосуществования, заклеймив его как беспочвенную фантазию, разрушающим упорядоченное строгое здание систематики и не предлагающим ничего взамен.

Но вопреки сопротивлению, местами продолжавшемуся полвека, двойная природа лишайников была принята, лишайники стали изучаться именно как результат симбиоза двух организмов, а некоторые биологи (а в особенности ботаники) осознали: лишайники могут быть не единственным примером тесной связи и партнерства между весьма разными живыми существами. Это осознание повлекло за собой внимательное рассмотрение паразитизма как феномена.

На примере лишайников стало ясно, что традиционное понимание паразитизма недостаточно для объяснения всех особенностей сложных взаимоотношений, взаимозависимости водоросли и гриба, образующих лишайник. Были обнаружены и другие примеры совместного, взаимозависимого существования у самых разных организмов в различных сообществах, от дубовых лесов до коралловых рифов. Немецкий ботаник Альберт Бернард Франк установил: почти каждое растение живет в тесном сообществе с грибом, зачастую физически сросшимся с ним, проникшим в него, так что знакомое всем сплетение корней выдернутого из земли садового растения — большей частью именно гриб. Надпочвенная часть растения обеспечивает гриб углеродными соединениями и энергией, а гриб поставляет корню воду и минералы. В семнадцати тысячах существующих разновидностей орхидей связь между растением и грибом настолько тесная, что гриб, как оказалось, снабжает созревающие семена не только водой и минералами, но и углеродными соединениями. Новая растущая область биологии, изучающая совместное существование живых существ, требовала строгого определения и наименования — и они были даны другим немецким ботаником, Антоном де Бари. Он предложил термин «симбиоз» и определил его как «совместное существование живых организмов»[15]. Это определение позволило объединить многие уже известные формы взаимозависимого сосуществования, включая паразитизм, когда один партнер пользуется другим, ничего не отдавая взамен, но вредя, комменсализм, когда один партнер также пользуется другим, не вредя ему при том, и мутуализм — выгоду от сосуществования получают оба партнера. Партнеры в сосуществовании получили название «симбионты», а партнерство в его целокупности — «голобионт».