Ник Лейн - Лестница жизни

• Название: Лестница жизни
• Автор: Ник Лейн
• Издательство: Act, corpus
• Жанр: Биология
• 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.

---

2

Это не совсем так. Гидротермальные источники испускают слабый свет (см. главу 7), незаметный для человеческого глаза, но достаточно сильный, чтобы давать некоторым бактериям энергию для фотосинтеза. Однако эти бактерии, по сравнению с серными, вносят небольшой вклад в изобилие экосистем гидротермальных источников. Кстати, скромная роль тепла и света в жизни гидротермальных источников подтверждается сравнительно недавним открытием полей холодных источников на океанском дне, фауна которых почти столь же богата и мало чем отличается от фауны горячих источников.

3

Есть и другие трудности: связанные с температурой (по мнению некоторых исследователей, слишком высокой для продолжительного существования органических молекул), кислотностью (в большинстве «черных курильщиков» слишком кислая среда для поддержания предполагаемых Вехтерсхойзером реакций, и реакции синтеза, проводившиеся в его собственной лаборатории, шли только в щелочной среде) и серой (по меркам современных биохимических реакций, ее слишком много).

4

Еще один интересный вопрос связан с долгосрочными последствиями охлаждения глубоких слоев планеты. В результате постепенного охлаждения мантии вода все больше должна связываться с породами, входить в состав их структуры и все реже при вулканической активности вырываться под действием тепла на поверхность. Охлаждаясь, планета рано или поздно может поглотить собственные океаны. Такого рода процесс мог быть одной из причин исчезновения воды на Марсе.

5

Одноклеточные прокариотические (то есть не имеющие ядра) организмы делятся на два царства: бактерий и архей. «Потерянный город» населен преимущественно археями, получающими энергию за счет синтеза метана (метаногенеза). Биохимия архей сильно отличается от биохимии сложных (эукариотических) клеток, из которых сложены растения и животные. Среди патогенных и паразитических прокариот не известно ни одной архей — лишь бактерии, биохимия которых имеет гораздо больше общего с биохимией клеток-хозяев. Возможно, архей просто слишком отличаются от других организмов, чтобы сожительствовать с ними. Уникальным исключением мог быть союз архей и бактерии, от которого около двух миллиардов лет назад, вероятно, произошли эукариотические клетки (см. главу 4).

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».

8

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.

9

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.

10

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.

11

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.

12

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.

13

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.

14

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.

15

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

16

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».

17

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).

18

Подробнее о роли кислорода в эволюции можно прочитать в другой моей книге — «Кислород: вещество, создавшее наш мир».

19

Пер. Е. Дмитриевой и И. Шубиной. — Прим. пер.

20

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

21

Томас Г. Гексли, прочитав «Происхождение видов», воскликнул: «Как же необыкновенно глупо было до этого не додуматься!»

22

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 P680, поскольку она поглощает свет с длиной волны 680 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.