11. Древо жизни – дерево или куст?

Чтобы схематически отобразить всех своих родственников, люди обычно составляют «генеалогическое дерево». Это устойчивое выражение, и произнося его, вы, вероятно, даже не думаете о лежащей в его основе метафоре. Отношения в этой схеме изображаются линейно. Вы и все ваши братья и сестры, если они у вас есть, скорее всего, являются продолжением линии ваших родителей. Если у вас есть дети, они продолжают вашу линию и т. д. Это немного запутанная схема, поскольку по логике потомки должны двигаться вниз (потомки же появляются «потом», верно?), однако дерево-то растет вверх. Тем не менее это очень удобная метафора и не только для отображения семейных отношений, но и для демонстрации более широких отношений между различными формами жизни. Итак, давайте вскарабкаемся на это метафорическое дерево и внимательно изучим его шаг за шагом… точнее, ветвь за ветвью.

Спускаясь с макушки вашего семейного древа, где в настоящий момент находится ваше место, вы сначала пройдете мимо ваших ближайших родственников, а затем постепенно продвинетесь к более далеким, таким как, например, родители вашего дедушки. Продолжая спуск, вы будете встречать незнакомых людей, то есть родственников, которых никогда не видели, а если заберетесь так же далеко, как и я, то увидите предков, о которых даже и не слышали. Все ниже и ниже по генеалогическому древу, и мы попадем на ветку, которую вместе с другими человекоподобными видами занимает Homo sapiens. Постепенно дерево становится отображением эволюционных процессов. Продолжая спускаться к корням, мы натолкнемся на шимпанзе и орангутангов. Еще ниже мы повстречаем общего для нас и обезьян предка. Дальше, минуя приматов, мы окажемся в куче других млекопитающих, среди которых будут львы, тигры, медведи, нарвалы, газели, орлики и летучие мыши.

Продолжив спуск, мы окажемся на ветках, облюбованных такими организмами, которые на первый взгляд не будут иметь к нам (и даже к моему бывшему начальнику) никакого отношения. Я имею в виду ящериц и рыб. Продолжая размышлять логически, мы сможем предположить, что где-то там, у самых корней древа находится какой-то первобытный организм, потомками которого мы все являемся. Знаю, знаю, поверить в это не так просто. Но на микробиологическом уровне мы все имеем гораздо больше общего, чем может показаться на первый взгляд.

Клетки каждого организма, живущего на Земле, содержат ДНК и ее химический компаньон РНК. Аббревиатура РНК – сокращенное название рибонуклеиновой кислоты, которая, в отличие от более сложной структуры двухцепочечной молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), обычно состоит только из одной цепи. «Рибо» происходит от названия синтетического сахара – рибозы, – когда-то производившегося из гуммиарабика. Впоследствии оказалось, что рибоза содержится во всех растительных и животных организмах.

Для меня единый код жизни вообще является огромным и ужасно интригующим вопросом. В результате ряда удивительных событий, произошедших в моей жизни, я стал генеральным директором Планетарного общества – организации, основанной Карлом Саганом, профессором из моего университета. Я взялся за эту работу, поскольку не могу не думать о том, что такое Земля с планетарной точки зрения – исключение или правило? И потому я задался вопросом: может ли жизнь появиться в других мирах тем же образом, что и на Земле, или, может быть, существует какой-то иной, совершенно невероятный эволюционный путь, который и мы можем перенять? Иными словами – действительно ли ДНК или нечто подобное является основным элементом жизни? Единственный способ это выяснить – начать выяснять.

Однако для людей, придерживающихся позиции креационизма, общая химия жизни представляется совсем иначе. Они утверждают, что все мы – творение рук Создателя, причем творение моментальное.

Такое рассуждение также вызывает множество вопросов, но все они вызывают лишь раздражение у креационистов. Если все вокруг создал Творец, то зачем ему нужны все эти окаменелости или организмы, которых больше нет? Зачем Творец соединил все эти химические замещения радиоактивных элементов с нерадиоактивными элементами? Если он создал всю систему в один момент, откуда эти постоянные изменения, которые мы наблюдаем в палеонтологической летописи? Короче говоря, зачем возиться со всем этим барахлом? Креационист скажет: «Ну на все воля Божья», а я отвечу, что все это неразумно и нерезонно.

Еще один момент: был бы я творцом, я, несомненно, рассчитывал бы на более удачный результат. Я бы, например, избавился от вирусов, вызывающих простуду. Или, если вирусы являются неизбежным следствием работы Творца с молекулами ДНК, я бы застраховал нас как-то от этих случайных вирусов. Если контраргументом будет утверждение, что «все это лишь часть замысла», то я вынужден спросить: как можно считать недостаток доказательств замысла его доказательством? Это бессмысленно.

Вместо пышного дерева я бы попробовал представить себе жизнь в виде линии, идущей параллельно шкале времени, подобно тому, как я совершил путешествие в глубокое время, прогуливаясь от одного побережья США к другому. Это Древо жизни разрастается на шкале времени слева направо, идя от далекого прошлого к сегодняшнему дню. Что бы мы ни делали, понять структуру его ответвлений мы можем, только работая с прошлым. Мы изучаем окаменелости и изо всех сил стараемся оценить возраст пород, в которых они сохранились. А как еще мы можем действовать? Мы ограничены природой времени и вынуждены начинать с сегодняшнего дня, продвигаясь все дальше и дальше в прошлое и замечая ветви Древа жизни только тогда, когда на них натыкаемся.

Возможность заглянуть в прошлое жизни – это исследование окаменелостей: определение момента формирования окаменелостей путем оценки возраста горных пород и дальнейшее установление периода времени появления каждой ветви. Древнейшие ископаемые останки, известные нам на сегодняшний момент, принадлежат бактериям, по-видимому, жившим в прудах или мелком море в регионе, который в настоящее время является Западной Австралией. Это так называемые строматолиты – окаменелые маты, образованные колониями бактерий, способных выделять карбонат кальция и его производные. По какой-то климатической причине древние пруды высохли, и эти бактериальные маты окаменели. Их возраст насчитывает 3,5 млрд лет.

Более молодые породы предлагают свидетельства существования более сложных организмов. Копнув дно океана всего на несколько метров, можно найти множество отложений с крошечными морскими существами. Эти микроокаменелости представляют собой красивые, сложные, конусо- и петлеобразные диски и спирали, которые служили домом и телом древним морским организмам. Эти крошечные ископаемые зачастую имеют размер булавочной головки. Если знать, где искать, всего на одном кубическом сантиметре морского дна можно найти сотни образцов (кубический сантиметр – это всего лишь миллилитр пива или лекарственная доза, подходящая для младенца).

Чем дальше мы углубляемся во времени, тем меньше различных видов мы находим. Считается, что эволюция естественным образом приводит к увеличению разнообразия различных видов живых существ. В этом отношении она действительно напоминает дерево. Чем дерево выше, тем больше на нем веток и ответвлений; каждое ответвление ведет к образованию новой ветви и новому ответвлению. Именно поэтому метафора «Древо жизни» настолько эффектна.

Определение «Древо жизни» пришло Дарвину в голову после того, как он зарисовал схему с точками разветвлений видов живых организмов. Сегодня, изучая межвидовые отношения, мы видим существование гораздо большего количество видов сейчас, нежели в далеком прошлом. Это верно, даже с учетом пяти (или шести) основных массовых вымираний. Все это разнообразие, как и появление новых видов, дает возможность предположить, что у вас и у меня, а также у всех остальных животных на Древе жизни есть такие родственники, о которых мы даже и знать не знали и за родственников никогда бы не приняли.

На протяжении полутора веков ученые всех мастей (биологи, палеонтологи, археологи, патологоанатомы, иммунологи, астробиологи) занимались классифицированием всевозможных живых организмов, живущих и вымерших, заселяя все ветви на этом Древе жизни. Вы можете подумать, что на данный момент эта работа уже закончена и в отношении главных ветвей дерева уже все ясно. Вообще-то нет. Но мы работаем над этим.

С момента открытия в 1970-х годах новых, ранее неизвестных науке организмов ученым пришлось переосмыслить связи, соединяющие одни живые существа с другими. На протяжении долгого времени ученые в целом сходились во мнении, что есть животные, а есть растения. Ну и ну, вот это новость! Нет, правда. Они классифицировали их в два царства – царство животных (Animalia) и царство растений (Plantae), – никак нам не расстаться с латинизированными биологическими терминами… Однако, переосмыслив все это с точки зрения эволюции, то есть с учетом порядка появления организмов на планете, ученые осознали, что животные и растения имеют гораздо больше общего друг с другом, нежели мы имеем почти со всеми остальными живыми существами на Земле. Это потрясающе. Большинство живых существ на нашей планете микроскопические, и эти микроскопические организмы имеют еще меньше общего с вами, чем вы с капустой.

Ученые совершили спуск по Древу жизни; или, можно сказать, что они прошагали справа налево по временной шкале эволюции. В любом случае они заново пересмотрели взаимосвязи всех организмов. Я разделяю точку зрения, согласно которой природа дала начало трем или четырем основополагающим видам живых существ, или доменам (надцарствам). И лично я исхожу из четырех. Итак, это бактерии, археи (микробы, которые принципиально отличаются от бактерий), эукариоты (это мы, животные и растения вместе) и вирусы.

Не каждый согласится со мной, что вирусы заслуживают отдельного домена. Традиционным аргументом такой позиции служит утверждение, будто вирусы не являются живыми существами в традиционном понимании. Действительно, для размножения им необходима клетка-хозяйка, самостоятельно воспроизводить себя они не способны. Вирусы не пытаются усваивать питательные вещества. У них нет устойчивого обмена веществ. Они остаются жизнеспособными, даже проводя огромное количество времени без взаимодействия с окружающей средой. Они не поглощают и не вырабатывают энергию.

На мой взгляд, вирусов могло вовсе не быть, если бы не было других доменов, на которых они могли бы паразитировать. Вирусы взаимодействуют с другими формами жизни, что делает их более похожими на нас и, конечно, больше похожими на живое, нежели на неживое. Недавнее открытие гигантских вирусов, таких как мимивирус и вирус Пандора, имеет поистине огромное значение, ибо оно стирает грань между вирусом и бактерией и лишь подкрепляет мою точку зрения в отношении доменов. В то же время вирусы явно не относятся ни к одному из трех других доменов. Для меня они должны иметь свою собственную ветвь на Древе жизни.

Разобравшись с доменами жизни, мы переходим к традиционным классифицирующим обозначениям: домен, царство, тип, класс, отряд, семейство, род и вид. Правда, не все так просто. В результате исследований ДНК и клеточной структуры организмов ученые еще добавили такие термины, как надсемейства, подсемейства и инфрацарства. Эти слова были придуманы только для того, чтобы оправдать все эти исследования. Я же избавлю нас от сложных подробностей.

Для меня самой главной и наиболее запутанной частью всей этой истории является разделение архей и бактерий в отдельные домены жизни. Эта классификация получила признание биологов лишь три десятилетия назад. Вы, без сомнения, знакомы с бактериями. Микроскопические археи по размеру и внешнему виду очень напоминают бактерии. Но внутри них таятся значительные отличия. Среди множества микроскопических организмов некоторые имеют ядра в своих клетках, а некоторые – нет. Некоторые из организмов, не имеющие ядра, для получения энергии используют отдельные последовательности протеинов, перерабатывающие или усваивающие химические вещества из окружающей среды. Другим для выполнения той же задачи требуется всего половина этого количества белков, расположенных в более простой последовательности. В современной теории более простые организмы принадлежат к домену бактерий, а более сложные относятся к домену архей. К тому же археи имеют более сложную, а в некоторых случаях просто более толстую мембрану, состоящую из белков и липидов, чем бактерии. Вирусы – это отдельная тема.

Для людей, изучающих эти домены, разница очевидна. И бактерии, и археи не имеют ядра, в то время как мы с вами, а точнее, наши клетки имеют. Вот почему нас называют эукариотами; слово происходит от греческого «eu» и «karyon», что означает «иметь ядро». Археи и бактерии – прокариоты, что означает «до ядра». Оказывается, это имеет удивительно большое значение для истории живых существ.

Следующие шаги в классификации несколько размыты, ибо ученые до сих пор продолжают исследования и размышляют о характере наших отношений со всеми остальными живыми существами на Земле. Возвращаясь к царствам, расположенным на следующей после домена ступени, можно сказать, что на данный момент их около пяти. Грибы единогласно были признаны отдельным царством – царством грибов. После них следует группа под названием простейшие, которые часто классифицируются в царство простейших (малярийный паразит принадлежит к этой группе). Затем идут одноклеточные организмы, формирующие царство эубактерий. Префикс эу- обозначает «истинный», а значит, речь об истинных бактериях. После следуют прокариоты – без ядра внутри. Затем царство растений. И животные, а также мы с вами относимся к царству животных.

На данный момент наименее понятным и изученным является царство архей. И тем не менее они существуют с самого момента зарождения жизни. Просто удивительно.

Возможно, такая версия Древа жизни кажется немного более сложной – такова она и на самом деле. Но ведь это просто замечательно! Живые организмы живут себе и живут, занимаются своими делами и размножаются независимо от того, понимаем ли мы или нет, кто из них от кого произошел и как нужно классифицировать вирусы. Правда, благодаря новым генетическим инструментам, помогающим биологам разложить последовательности аминокислот на молекулы ДНК и РНК, в настоящий момент мы ближе, чем когда-либо, подобрались к пониманию того, какой тип живого организма был первым. Вот тогда у нас и появится целый ряд новых вопросов.

И вот один из них: почему все живые существа предположительно произошли от одного общего предка? Были ли другие первичные организмы, которые просто не сумели выжить? Вполне возможно, что жизнь на Земле зарождалась не один раз, и не исключено, что мы с вами стали результатом древнейшего отбора. Я вернусь к этой идее в конце своей книги – в главе 36.