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.

---

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.

23

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.

24

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.

25

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.

26

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.

27

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.

28

Когда вы это прочитаете, Windows XP, 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).

29

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.

30

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.

31

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.

32

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.

33

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.

34

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 x 2 = 4), а объем в восемь раз (2 x 2 x 2 = 8). В результате при увеличении размеров клетки уменьшается отношение площади мембраны, используемой для производства энергии, к объему клетки, и энергетическая производительность бактерии падает.

35

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.