кое «живое ископаемое» – это как встретить живого неандертальца.
Японские ученые назвали выделенный таким образом организм Prometheoarcheum – архея-Прометей. То есть, видимо, связующее звено между богами-археями и людьми-эукариотами, а может, между скандинавской мифологией и древнегреческой. Все это создает совершенно нелепую путаницу, потому что получается, что Прометей – это один из видов Локи.
Первое, что можно сказать о Прометее: существо это до неприличия хилое. Вместо грозного хищника, вращающего мембранами, он оказался мелким, малоактивным одноклеточным, у которого уходит от 14 до 25 дней на одно-единственное деление. Как и предполагалось, дышать Прометей не умеет. Что он умеет, так это перерабатывать аминокислоты, для чего у него есть большой арсенал подходящих ферментов. То есть, видимо, Прометей питается теми самыми объедками биосферы, которые падают с поверхности океана. Но самое интересное в том, что даже это он не может делать в одиночку. Его успешная культивация требует симбионтов, осуществляющих завершающие стадии превращения аминокислот в метан. То есть без метаболических товарищей Прометей совершенно беспомощен. В пробирках японских ученых он сожительствовал с другой археей, Methanogenium, но авторы работы предполагают, что подобную роль «товарища» могли на заре времен играть и бактерии – предки будущих митохондрий.
Еще одно интригующее свойство археи-Прометея – это его уникальная форма. Он представляет собой шарообразную клетку с несколькими ветвящимися мембранными отростками. На основании этой формы и метаболической беспомощности Прометея, авторы предлагают альтернативу «хищной» модели эндосимбиоза. Им видится не большая клетка, заглатывающая маленькую и внезапно осознающая выгоду сотрудничества, а уже существующий симбиоз, который постепенно превращается из коллектива клеток в коллективную клетку, обретающую тем самым новые возможности и способности. Если верить японским специалистам, то пожирание клетки клеткой – это не причина, а результат эндосимбиоза археи с митохондрией. Такое мнение, кстати, уже высказывалось другими специалистами, которые считают, что без митохондрий фагоцитоз бессмыслен: добычу просто не переварить30.
Эта обновленная Прометеем модель эукариогенеза может объяснить среди прочего происхождение эукариотического ядра – двумембранной оболочки, окружающей в каждой нашей клетке генетический материал. Среди разных взглядов на этот вопрос традиционно популярнее всего была так называемая версия «снаружи-внутрь»: существовала архея, у которой в середине плавала ДНК, а затем мембрана этой клетки вогнулась внутрь глубокими складками, которые распластались сферой вокруг генов и окружили их двойной мембраной. Но сегодня набирает популярность и противоположная версия «изнутри-наружу»: сначала была клетка-ядро, а цитоплазма снаружи произошла из ее отростков31. Наличие ветвящихся отростков у Прометея делает эту версию более правдоподобной.
С открытием архей Асгарда логика эукариогенеза стала проясняться. Почти наверняка известно, что эукариоты происходят из союза археи с бактерией под давлением кислорода. Ответственность за это в конечном итоге лежит на фотосинтезе, накачавшем планету токсичным газом и заставившем «безвоздушников» прятаться. Некоторые бактерии придумали способ обезвредить кислород, приспособив его в качестве нижней ступеньки электрон-транспортной цепи. Возникшее таким образом дыхание позволило этим организмам не только решить проблему кислородной токсичности, расширив для себя обитаемое пространство, но и использовать силу кислорода для многократного повышения эффективности питательных веществ. Эти предприимчивые бактерии, предки митохондрий, дерзко схватившие за горло опасного кислородного льва, – одни из наших предков.
В то же время среди архей была группа, которая дышать не умела, но обладала подвижной, гнущейся мембраной. Возможно, это были первые хищники в природе, уже умеющие глотать чужие клетки целиком. Возможно, это были не устрашающие пожиратели, а хиляки наподобие Прометея, которые своими ветвящимися щупальцами опутывали метаболических партнеров. Что бы ни представляли из себя эти существа, это тоже наши предки.
На каком-то этапе оба этих предка поняли, что им хорошо вместе. Бактерия защищена от других хищников, которые могут ее съесть и не пожалеть, а архея – та вообще в шоколаде, потому что мало того, что ей теперь не страшен кислород, у нее вдруг стало в десять раз больше энергии, которую ей в форме АТФ штампует кислородная бактерия. И вот эта бактерия становится полунезависимой органеллой с постоянным местом жительства в архейной цитоплазме.
Этот момент слияния двух доменов можно считать рождением третьего, эукариотического. (Впрочем, «момент» запросто мог быть растянут на миллионы лет.) Мы появились в результате противостояния кислороду, которое в итоге сделало нас многократно сильнее.
Возникновение эукариот знаменует союз двух способов эксплуатации среды, будто созданных друг для друга: хищничества и дыхания. Первый позволяет превращать целые чужие организмы в питательные вещества. Второй извлекает из питательных веществ максимум энергии. Поэтому эукариот с митохондрией – это не просто корабль, на котором гены плывут сквозь время, а настоящая «Звезда смерти», принципиально новое слово в живой природе30.
Но важнее, на мой взгляд, не боевая мощь дышащего эукариота. Важнее его организменность.
С возникновением эукариот происходит перелом «бактериального мышления». В примере с устойчивостью к антибиотикам я говорил, что бактерии – существа «множественного числа», оперирующие не как отдельные организмы, а как целые популяции, штаммы. Эукариоты впервые начинают оперировать не только как штаммы, но и как личности.
Условно говоря, в какой-то момент прошлого существовала архея с дышащей бактерией внутри, и была генетически точно такая же архея, но без бактерии. Первая архея победила не потому, что у нее были лучше гены, а потому, что ее индивидуальная жизнь как организма оказалась более продуктивной – ей удалось обзавестись митохондрией. Для среднего прокариота значение имеет только набор генов в пределах клетки. С возникновением эндосимбиоза, при котором одни клетки живут в других клетках, становится важна не только генетическая информация, а личная история организма. Я считаю, что отсчет эукариотической «организменности», нашей эволюционной ставки на совершенство в пределах поколения, нужно вести именно с этой точки.
«Звезда смерти» эукариотической клетки – это такое большое вложение капитала, что его уже не выкинешь при первом погодном капризе. Она заинтересована в долгосрочном выживании. Это бактерии могут позволить себе терять 99 % населения и за пару часов возвращаться к исходным числам. Эукариотический организм – масштабный продукт масштабной операции по добыче энергии. На его производство требуется время и большое количество питательных веществ. Поэтому сам факт существования эукариот, этих ядерных ракетоносителей, направляет их эволюцию в сторону дальнейшего усложнения: как бы продлить дорогим организмам жизнь, как бы их размножить не один раз, а хотя бы несколько, как бы научить их получше приспосабливаться к окружающей среде без необходимости уничтожать неудачные варианты. Ну и, конечно, как бы их вооружить для поедания кого-нибудь другого, чем крупнее – тем лучше. В итоге появляется половое размножение, увеличивающее изменчивость в расчете на поколение, многоклеточность, позволяющая создавать новые организмы без исчезновения старых, и мозг, позволяющий адаптироваться к среде не за миллион лет, а за секунду. А также зубы, когти, жала и желудки.
Мы, эукариоты, с самого начала сделали ставку на сложность и до сих пор пожинаем плоды этого решения. Вступив в союз с митохондрией, наши предки, археи Асгарда, подсели на кислородную иглу. Чем больше энергии они жгли, тем они были крупнее, сложнее и совершеннее. И тем больше от них требовалось, чтобы поддерживать свою крупность, сложность и совершенство. Вдохнув кислорода и не умерев, они вскочили на эволюционный поезд, с которого им было уже не слезть.
Если человек перестает дышать, в течение нескольких минут нейронам его головного мозга становится остро не хватать запасов энергии. Этот мозг – энергетическая кульминация жизни на земле. Наше огромное теплокровное тело и так топит питательно-дыхательную печку на пределах биохимических возможностей, но мозг потребляет в десять раз больше энергии в расчете на вес, чем организм в среднем. Почти вся эта энергия уходит на поддержание заряда на мембранах сотни миллиардов нейронов32, 33. Если поставки энергии сокращаются (именно сокращаются, а не прекращаются – без кислорода питательные вещества вполне можно расщеплять, просто не так эффективно), то буквально за минуты заряд на мембранах начинает падать, что в конечном итоге вызывает неконтролируемый выброс нейромедиаторов, судороги и смерть. У человека нет зависимости сильнее, чем от этого газа, в свое время едва не уничтожившего жизнь на Земле: несколько минут без кислорода – и нам вышибает пробки. Ну не ирония ли это судьбы?
4. Чего ни сделаешь ради любви
Не житье мне здесь без милой:
С кем теперь идти к венцу?
Знать, судил мне рок с могилой
Обручиться молодцу.
Драконьи лорды Таргариены в «Игре престолов» с древних времен женили братьев на сестрах с тем, чтобы поддерживать «чистоту своей крови». Этим для оправдания своих интимных отношений регулярно пользуются близнецы Джейме и Серсея Ланнистеры, но их, конечно, мало кто слушает. Разница между ними в том, что Таргариены практиковали инцест ради своего рода, а Ланнистеры – ради себя.
Для кого мы делаем то, что мы делаем? Что заставляет нас жить, двигаться, совершать поступки?