Молекулярная головоломка
После выхода в свет книги Дарвина ученым потребовалось около века, чтобы доказать: скачок от прокариот (цианобактерии и т. д.) к эукариотам (например, гомотрема, человек) – это самая важная граница в истории жизни на планете. Еще через двадцать лет произошла другая революция: ученые сумели секвенировать ДНК и РНК. Это изменило представление о строении древа жизни в двух важных для нас аспектах. Во-первых, выяснилось, что прокариотические клетки гораздо разнообразнее, чем можно указать, описывая лишь их форму и размер. Так, в чайной ложке лесной почвы может содержаться до 5 тыс. видов прокариот. Всех их можно разделить на два типа: эубактерии, или “настоящие бактерии” (например, из цианобактериального мата в лагуне Каффи-Крик), и археи (подобные производителям метана в нашем кишечнике). Согласно молекулярным исследованиям, у нас может быть больше общего с археями, чем с эубактериями. Если так, предположим: наши предки произошли от попахивающих архей (или имели с ними общих предков). Во-вторых, выяснилось, что все группы животных, от губок до человека, сильно сближаются возле кроны древа жизни.
К сожалению, есть много такого, о чем секвенирование нам не расскажет. Так, молекулы не могут рассказать о созданиях, которые никогда не изучались либо потому, что они больше не живут на Земле, либо потому, что они еще не открыты. Больше всего об этих затерянных мирах, по мнению моему и моих коллег, говорят сами ископаемые остатки. Кроме того, молекулы не могут достоверно рассказать о темпе эволюции. Принцип молекулярного дерева прост. Различия в генетическом коде со временем накапливаются, их можно количественно оценить и применить для реконструкции древа жизни. Исследованные таким образом организмы представляют собой лишь концы ветвей, а сходство между ними может помочь найти перекрещивающиеся ветви, даже если их не видно.
В основе молекулярных часов лежат данные древа. Идея такова: чем больше различий в данном фрагменте генетического кода у двух потомков, тем раньше они разошлись и тем дальше они отстоят друг от друга на шкале геологического времени. А если нам известна приблизительная скорость возникновения мутаций, мы можем представить, давно ли разошлись две ветви. Молекулярные часы – это замечательная идея, позволившая получить некоторые интересные данные о сравнительно недавнем прошлом. Но калибровка молекулярных часов целиком зависит от окаменелостей. Следует помнить, что эта методика вызвала множество недоразумений. Молекулярные часы показывают скорость мутаций в определенной последовательности генетического кода, сравнивая ее с уже хорошо изученными ископаемыми остатками. Поэтому изучение древнейших из известных окаменелостей уводит нас в неизвестность. Частота замены одного аллеля другим может широко варьировать в зависимости от продолжительности жизни животных, от величины их популяций и т. д. Геологи показали, что живые организмы до кембрийского взрыва, по-видимому, претерпевали настолько радикальные изменения, что мы лишь недавно узнали о них.
Чтобы понять проблему молекулярных часов, представьте: “палеонтологическая полиция” нашла под железнодорожной насыпью труп. Специалисту по молекулярным часам предложено установить дату рождения жертвы по текущему расписанию поездов, даже если преступление было совершено задолго до того, как в этой местности были проложены пути. Ни один судья в Англии не примет такие доказательства! И, к сожалению, данные молекулярных часов пока не могут быть использованы нашим “судом” для датирования появления животных. Как неоспоримые доказательства могут рассматриваться лишь окаменелости. Если в породе отсутствуют окаменелости, молекулярные часы не лучше догадки. А догадки могут быть масштабнее вещей, которые они пытаются объяснить.