БОЛЬШОЕ ИСТОРИЧЕСКОЕ СВИДАНИЕ

БОЛЬШОЕ ИСТОРИЧЕСКОЕ СВИДАНИЕ

«Свидание» в этой книге имеет особое значение, логически вытекающее из главной метафоры – обратного путешествия во времени. Но есть одно катастрофическое событие, возможно, самое решающее событие в истории жизни, которое действительно было свиданием, буквально историческим свиданием, реально произошедшем в истинном, прямом направлении течения истории. Это было происхождение эукариотической (содержащей ядро) клетки: миниатюрного механизма на основе высоких технологий, которая является микроосновой всей крупномасштабной и сложной жизни на этой планете. Чтобы отличить его от всех других метафорических пунктов свиданий, я назвал его Большим Историческим Свиданием. У слова «историческое» здесь есть двойное значение: оно означает «большой важности», а также означает «прямую хронологию», в отличие от обратной.

Я сослался на Большое Историческое Свидание как на некое событие из-за того, что, как теперь кажется, является его единственным важным последствием – развитием эукариотической клетки с ее ядром, содержащим хромосомы, ее сложной ультраструктурой мембран и ее самовоспроизводящимися миниатюрными органоидами, такими как митохондрии и (у растений) хлоропласты. Но это были фактически два или три события, возможно, далеко отстоящие друг от друга во времени. Каждое из этих исторических свиданий было слиянием с бактериальными клетками, чтобы сформировать большую клетку. «Рассказ Миксотрихи», как современная реконструкция, подготовил нас к пониманию такого рода случаев.

Возможно, 2 миллиарда лет назад древний одноклеточный организм, своего рода прото-простейшее, вступил в странные отношения с бактерией: отношения, подобные тем, что имели место между миксотрихой и ее бактериями. Как и в случае с миксотрихой, то же самое случалась не раз с различными бактериями, события, вероятно, разделенные сотнями миллионов лет. Все наши клетки похожи на отдельную миксотриху, наполненную бактериями, которые стали настолько неузнаваемыми из-за поколений сотрудничества с хозяйской клеткой, что их бактериальное происхождение почти утеряно из виду. Как у миксотрихи, только в большей степени, бактерии стали настолько глубоко связанными с жизнью эукариотической клетки, что было главным научным триумфом обнаружить их там вообще. Мне нравится сравнение с улыбкой Чеширского Кота, используемое сэром Дэйвидом Смитом (David Smith), одним из наших ведущих экспертов по симбиозу, для совместного сосуществования некогда различных составляющих элементов в клетках.

Вторгшийся организм в окружении клетки может прогрессивно терять свои части, медленно смешиваясь с общим фоном, и только некоторые пережитки выдают его прежнюю сущность. Действительно, они напоминают Алису в Стране Чудес, встретившую Чеширского Кота. Она наблюдала, что «он исчезал весьма медленно, начиная с хвоста и заканчивая улыбкой, которая оставалась некоторое время после того, как остальная его часть пропала». Многие объекты в клетке похожи на улыбку Чеширского Кота. Для тех, кто пытается проследить их происхождение, улыбка является стимулирующей и действительно загадочной.

Какие биохимические приемы привнесли эти некогда свободные бактерии в наше существование: приемы, которые они выполняют по сей день, без которых немедленно прекратилась бы жизнь? Два самых важных – фотосинтез, который использует солнечную энергию для синтеза органических соединений и выделяет в воздух кислород как побочный продукт; и окислительный метаболизм, который использует кислород (в конечном счете, растений) для медленного сжигания органических соединений и преобразования энергии, которая первоначально произошла от солнца (Бактерии (включая археев) также обладают монополией (наряду с разрядами молнии и человеческими промышленными химиками) на фиксацию азота.). Эти химические технологии были развиты до Большого Исторического Свидания (различными) бактериями, и, в некотором смысле, бактерии все еще являются оптимальным вариантом. Изменилось только то, что они теперь занимаются своим биохимическим искусством на специальных фабриках, называемых эукариотическими клетками.

Фотосинтетические бактерии ранее назывались сине-зелеными водорослями, ужасное название, так как большинство из них не сине-зеленого цвета, и ни одна из них не является водорослью. Большинство зеленые, и лучше называть их зелеными бактериями, хотя некоторые красноватые, желтоватые, коричневатые, черноватые или, да, в некоторых случаях синевато-зеленые. «Зеленые» также иногда используется как слово для фотосинтезирующего организма, и в этом смысле зеленые бактерии – также хорошее название. Их научное название – цианобактерии. Они, а не археи – истинные бактерии, и они, кажется, являются хорошей монофилетической группой. Другими словами, все они (и ничто иное) происходят от единого предка, который должен быть сам классифицирован как цианобактерия.

Зеленый цвет водорослей и капусты, сосен и трав, происходит от зеленых тел внутри клетки, названных хлоропластами. Хлоропласты – отдаленные потомки когда-то свободно живущих зеленых бактерий. У них все еще есть своя собственная ДНК, и они все еще размножаются бесполым делением, наращивая существенные популяции внутри каждой клетки хозяина. Что касается хлоропласта, он является членом воспроизводящейся популяции зеленых бактерий. Мир, в котором он живет и размножается, является внутренним пространством клетки растения. Время от времени его мир испытывает незначительное потрясение, когда клетка растения делится на две дочерних клетки. Примерно половина хлоропластов оказывается в каждой дочерней клетке и скоро возобновляет свое нормальное воспроизводство, населяя свой новый мир хлоропластами. Все это время хлоропласты используют свой зеленый пигмент, чтобы улавливать фотоны солнца и направлять энергию солнца на полезные цели – для синтеза органических соединений из углекислого газа и воды, поставляемых растением-хозяином. Кислородные отходы частично используются растением и частично выдыхаются в атмосферу через отверстия в листьях, называемые устьицами (своеобразными порами). Органические соединения, синтезируемые хлоропластами, в конечном счете, предоставляются в распоряжение клетки растения-хозяина.

Любопытно напоминая о «Рассказе Миксотрихи», некоторые хлоропласты приводят доказательство того, что попали в клетки растений непрямо, проникнув внутрь других эукариотических клеток, которые, по-видимому, могли называться водорослями. Доказательством служит то, что некоторые хлоропласты имеют двойную мембрану. По-видимому, внутренняя является стенкой исходной бактерии, внешняя – стенкой водоросли. Как в случае с миксотрихой, мы можем видеть современные реконструкции во многих примерах, где одноклеточные зеленые водоросли были включены в клетки или ткани грибов и животных, например морские водоросли, которые населяют кораллы. Те хлоропласты, у которых имеется единственная мембрана, по-видимому, были введены непосредственно, а не с помощью водорослей.

Весь свободный кислород в атмосфере произошел от зеленых бактерий, либо свободно живущих, либо в форме хлоропластов. И, как упоминалось прежде, когда кислород сначала появился в атмосфере, он был ядом. Действительно, некоторые люди красноречиво утверждают, что он все еще является ядом, и поэтому доктора советуют нам принимать «антиоксиданты». В эволюции это был блестящий химический ход, обнаружить, как использовать кислород для извлечения (первоначально солнечной) энергии из органических соединений. Это открытие, которое может быть представлено как своего рода обратный фотосинтез, было сделано исключительно бактериями, но различными видами бактерий. Как в случае с самим фотосинтезом, бактерии все еще имеют монополию на технологию, за исключением того, что (снова же, как в случае с фотосинтезом) эукариотические клетки, как наши, дают прибежище этим любящим кислород бактериям, которые теперь путешествует под названием митохондрий. Мы стали настолько зависящими от кислорода из-за биохимического колдовства митохондрий, что утверждение, что это – яд, имеет смысл только когда произнесено с выражением самоосознанного парадокса. Угарный газ, смертельный яд в выхлопах автомобиля, убивает нас, конкурируя с кислородом за благосклонность наших несущих кислород молекул гемоглобина. Лишение кого-либо кислорода является быстрым способом убить его. Все же наши собственные клетки без посторонней помощи не знали бы, что делать с кислородом. Об этом знали только митохондрии и их бактериальные кузены.

Как в случае с хлоропластами, молекулярное сравнение сообщает нам об особой группе бактерий, от которых произошли митохондрии. Митохондрии возникли из так называемых альфа-протеобактерий, поэтому они родственно связаны с риккетсиями, которые вызывают сыпной тиф и другие скверные болезни. Сами митохондрии потеряли большую часть своего первоначального генома и стали полностью приспособленными к жизни внутри эукариотической клетки. Но, как хлоропласты, они все еще размножаются самостоятельно, делением, создавая популяции внутри каждой эукариотической клетки. Хотя митохондрии потеряли большинство своих генов, они не потеряли их все, к счастью молекулярных генетиков, как мы видели повсюду в этой книге.

Линн Маргулис, которая в значительной степени ответственна за выдвижение этой идеи, только сейчас повсеместно принятой, что митохондрии и хлоропласты являются симбиотическими бактериями, попыталась сделать то же самое с ресничками. Вдохновленная возможными реконструкциями, такими как мы видели в «Рассказе Миксотрихи», она прослеживает прошлое ресничек к спирохетовым бактериям. К сожалению, ввиду красоты и убедительности аналогии миксотрихи, доказательства, что реснички (ундулиподии) являются симбиотическими бактериями, найдены неубедительными почти всеми, кого убедили доводы Маргулис в истории митохондрий и хлоропластов.

Поскольку Большое Историческое Свидание является истинным свиданием в прямом историческом направлении, наше путешествие с этого времени определенно должно разделиться. Мы должны следовать назад во времени за различными участниками эукариотического договора, пока они, наконец, не воссоединятся в глубоком прошлом, но я думаю, что это способствовало бы необоснованному усложнению путешествия. У хлоропластов и митохондрий есть свои сходства с эубактериями, а не с другой прокариотической группой, археями. Но наши ядерные гены немного ближе к археям и к следующему свиданию с ними в нашей обратной истории.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.