Книга: От атомов к древу. Введение в современную науку о жизни

«Философский камень» биологии

«Философский камень» биологии

Открытие генетического кода подарило людям такие возможности для изучения биологической эволюции, которые до середины XX века было просто невозможно вообразить. Например, представим, что молекулярный филогенетик сравнивает несколько видов эукариот, у которых прочитаны аминокислотные последовательности 100 белков. Типичный размер эукариотного белка — 300 аминокислот. Получается, что сравнению подлежат 30 000 аминокислотных позиций. Если прочитаны еще и нуклеотидные последовательности генов, кодирующих эти белки, то — поскольку любая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами — сравнение охватит уже 90 000 позиций, на каждой из которых в принципе может стоять любой из четырех нуклеотидов (А, Т, Г или Ц). Таково количество признаков, с которыми работают систематики в молекулярную эру. Открытие методов работы с генетической информацией поистине стало «философским камнем» биологии, во всяком случае эволюционной. Отметим, что все приведенные числа не взяты с потолка — они заимствованы из реальных свежих научных работ, причем достаточно скромных по размаху: объем анализируемых данных запросто может быть и больше (например, во многих современных исследованиях сравниваются целые геномы, и тогда речь идет уже о миллионах нуклеотидов).

Любая группа живых организмов имеет общего предка, у которого был свой геном. От этого генома путем конвариантной редупликации, то есть копирования с сохранением изменений, произошли геномы всех современных представителей группы. Многообразные события, меняющие геномы в ходе эволюции, оставляют следы, которые наслаиваются друг на друга. Их можно найти и прочитать, примерно так же, как можно найти и прочитать следы правок в обычном тексте. Ведь геном — это тоже текст (хотя и не только текст, конечно). Геном любого организма заключает в себе целую летопись эволюционных изменений, многие из которых можно довольно точно распознать и датировать. Сплошь и рядом это относится даже к изменениям, которые произошли много сотен миллионов лет назад. Текст может сохранить все.

Любой геном — это в некотором смысле архив, документирующий события, происходившие на всем протяжении эволюционной линии от последнего общего предка всех живых организмов (или, во всяком случае, клеточных организмов, если мы говорим о них) до обладателя этого генома. Конечно, следы многих событий в конце концов стираются из генома начисто, и с этим ничего не поделаешь: «Полностью утраченная информация, не сохранившаяся ни в одном экземпляре, восстановлена быть не может»[541]. С другой стороны, бывают и такие эволюционные новшества, которые запечатлеваются в геноме очень четко — так, что «прочитать» их следы можно даже спустя миллиарды лет. «Впечатанные» в геном свидетельства в принципе могут воспроизводиться из поколения в поколение сколь угодно долго. Причем все они заключены внутри сложной упорядоченной структуры, дающей возможность их послойно датировать. Это означает, что наряду с палеонтологической летописью, которая интенсивно изучается с начала XIX века, в распоряжении биологов теперь есть еще одна настоящая летопись — генетическая. Как и палеонтологическая летопись, она неполна, но зато любой ее сохранившийся фрагмент несет огромное количество информации.

Установление родства между организмами — далеко не единственная, но, безусловно, очень важная задача эволюционной биологии. Сейчас эта задача частью уже решена, а частью активно решается. Неудивительно, что книги на эту тему быстро устаревают, и данная книга не составит исключения. Особенно это относится к главе 15, которая местами, вероятно, успеет устареть еще до выхода книги из печати. Избежать этого невозможно: скорость открытий в области мегасистематики сейчас такова, что любая сводка должна обновляться по меньшей мере раз в год, а иногда и быстрее. Например, супергруппа Excavata все более четко разбивается современными исследованиями на две самостоятельные супергруппы — Discoba и Metamonada, которые независимо отходят от «корня» общего древа эукариот[542]. Вместо супергруппы Opisthokonta на эволюционном древе эукариот все чаще появляется супергруппа Obazoa, включающая тех же опистоконтов плюс две небольшие группы примитивных жгутиконосцев[543]. Загадочную ветвь криптомонад в последнее время сближают с архепластидами, то есть с растениями — в противовес старой системе, причислявшей криптомонад к хромальвеолятам[544]. С другой стороны, на молекулярных деревьях, построенных с учетом новейших данных, регулярно возникает сестринская по отношению к ризариям ветвь, состоящая из страменопилов и альвеолят — а это означает, что систематики, возможно, поторопились с «закрытием» группы Chromalveolata: не достаточно ли было просто изменить ее состав, выкинув оттуда криптомонад и гаптофит? Наконец, в феврале 2018 года, когда эта книга уже версталась, вышла авторитетная и основанная на большом наборе новых данных работа, показывающая, что коллодиктион (многократно здесь упоминавшийся) вместе с двумя другими «микроцарствами» малоизвестных протистов образует целую супергруппу, сестринскую по отношению ко всем одножгутиковым (Unikonta = Amorphea)[545]. И конечно же, «продолжение следует». Остается лишь посоветовать интересующимся этой темой следить за научными новостями, благо освещаются они сейчас неплохо, а тема — и впрямь интригующая.

Подчеркнем примечательную вещь. Все перечисленные изменения касаются новой мегасистемы, которая оформилась только на рубеже XX–XXI веков. Преемственной по отношению к старой мегасистеме (разбивавшей живые организмы на два, три, четыре или пять царств) она не является. Можно утверждать, что современная мегасистема соотносится со старыми системами живой природы (образца «животные — растения — грибы — протисты — бактерии…») так же, как современная астрономия, во всей ее красе и славе, соотносится с геоцентрической системой Птолемея. С точки зрения истории науки это утверждение будет верным буквально, без всяких преувеличений. И это прекрасно! Нам выпало жить в годы, когда новая научная картина мира (во всяком случае, биологическая) формируется прямо на глазах.

Будем помнить, что построение филогенетического древа, отображающего — в идеале — родственные связи абсолютно всех земных живых организмов, в любом случае станет только первым шагом к настоящему, глубокому познанию эволюционного процесса. Как механизмы эволюции, так и ее результаты невероятно многообразны. Известный американский биолог Стивен Гулд говорил по этому поводу:

«Проблема с историей жизни состоит в том, что у нас есть только один эксперимент. Благодаря огромному биохимическому сходству мы понимаем, что вся жизнь на Земле произошла из одного источника. Тем самым у нас нет никакого ответа на главный вопрос: должна ли любая жизнь быть устроена так, как она устроена на Земле, или мы наблюдаем всего одну возможность, осуществившуюся на фоне сотни миллионов нереализованных альтернатив?»[546]

Сам Гулд, насколько можно судить, склонялся ко второму варианту ответа. Если бы историю Вселенной можно было каким-то непостижимым образом повторить, возникла ли бы в ней хоть какая-нибудь жизнь? И если да — то как бы она выглядела? К чему пришла бы жизнь на Земле, если бы не было столкновения, породившего Луну, или «Земли-снежка», или пермского кризиса (см. главы 16, 17)? За всеми этими поворотами и развилками скрываются возможности, которых мы, скорее всего, никогда не сможем даже вообразить (как сказал писатель Олег Ладыженский: «Вся западная мифология не смогла придумать кенгуру»). Вряд ли кто-нибудь мог бы предсказать, например, такое уникальное событие, как возникновение эукариот, точный механизм которого до сих пор остается загадкой (см. главы 10, 14). Вряд ли инопланетный биолог, посетивший Землю в мезозойскую эру, мог бы предсказать великую эволюционную судьбу тогдашних млекопитающих. Или, скажем, если бы тот же биолог попал три миллиона лет назад в Африку и встретил там странных прямоходящих обезьян — смог бы он предсказать, что именно эти нелепые и малочисленные существа создадут великую письменную культуру, преобразуют облик планеты, выйдут в космос?..

А ведь перед нами будущее — и оно еще более сложно и непредсказуемо, чем прошлое.