Этот второй инопланетный гость также обнаружил бы сильно изменившуюся атмосферу, в основном благодаря бесчисленным фотосинтезирующим бактериям, которые уже более миллиарда лет выделяли кислород в качестве побочного продукта своего метаболизма.
Переход от атмосферы, состоящей в основном из углерода и азота, к насыщенному кислородом воздуху постепенно превратил Землю в планету, на которой могли бы существовать многоклеточные организмы, знакомые нам сейчас. Они начали появляться около шестисот миллионов лет назад и в конце концов включили в себя нас.
"В глубокие геологические времена микробы отвечали за геоинженерию нашей планеты, чтобы в конечном итоге она стала пригодной для жизни, и они продолжают это делать", - говорит Крис Дюпон, занимающийся исследованиями в области микробной и экологической геномики в JCVI. Сегодня бактерии и другие микроорганизмы в океанах производят не менее половины кислорода на Земле, а возможно, и до 80 процентов. Только одно фотосинтезирующее семейство бактерий, Prochlorococcus, производит до 20 процентов всего кислорода в биосфере нашей планеты. Это больше, чем все тропические леса вместе взятые - растения являются другим основным источником кислорода в нашей атмосфере. Этот процесс является частью тщательного баланса, который человеческая деятельность начинает изменять не в лучшую сторону для поддерживающей нас экосистемы - к этой теме мы еще вернемся на следующих страницах.
Бактерии размножаются в основном путем бинарного деления: они делятся на две "дочерние" клетки, которые идентичны родительской клетке. Однако иногда в процессе дупликации происходят ошибки. Большинство этих ошибок нейтральны, но некоторые подрывают выживание конкретной бактерии, приводя к ее гибели или, если вредная мутация достаточно широко распространена в каком-либо виде бактерий, к их вымиранию. Другие мутации выгодны, и организмы живут, чтобы передать их своему потомству. Некоторые бактерии передают гены не путем бинарного слияния, а при тесном контакте с другими бактериями. Хищная бактерия может даже, питаясь другой бактерией, получить часть ДНК ее жертвы.
Бактерии размножаются в совершенно ином временном масштабе, чем макроорганизмы вроде человека. "Большинство бактерий делятся несколько раз в день", - говорит Крис Дюпон. "За человеческую жизнь они проходят десятки тысяч жизней. То, что мы считаем коротким сроком, для них, вероятно, две сотни поколений. Поэтому, когда вы говорите, что они быстро мутируют, это отчасти объясняется нашей антропоморфной точкой зрения на то, как мы определяем время".
Помимо бактерий, как уже отмечалось ранее, на Земле известны еще два типа клеток: археи и эукариоты. Археи были открыты в 1970-х годах микробиологом Карлом Уозом с помощью системы меток генов 16S рРНК для идентификации различных видов микроорганизмов. Археи похожи на бактерии, но у них другая история эволюции, и они производят энергию и выполняют другие функции, более похожие на эукариоты.
Мы, люди, состоим из третьего основного типа клеток - эукариотических, которые содержат ядро и органеллы и окружены плазматической мембраной. Среди других организмов, состоящих из эукариотических клеток, - все растения, животные, грибы и протисты, а также большинство водорослей. Хотя трудно сказать наверняка, когда эукариоты впервые появились в виде крошечных микроскопических организмов, ученые предполагают, что это произошло около 1,5 миллиарда лет назад.
СЕТЕВОЙ ЭФФЕКТ этой длинной истории эволюции микроорганизмов и миллиардов лет взаимосвязи жизни - то, чего не должно было случиться во Вселенной, где один из основных принципов физики гласит, что системы стремятся к возрастанию энтропии, постепенно (или быстро) приходя в беспорядок.
Вопреки всему, жизнь сумела поддерживать некий сверхпорядок на протяжении миллиардов лет, сохраняя планетарное равновесие, которое не только поддерживало жизнь, но и создавало еще большую сложность, а не меньшую. Одно из самых замечательных свойств жизни - способность создавать порядок: выточить сложное и упорядоченное тело из химического хаоса нашего окружения", - пишет Крейг в книге "Жизнь со скоростью света". На первый взгляд, это "чудо, которое бросает вызов мрачному второму закону термодинамики". Как это равновесие и поддержание порядка работает и каким-то образом сохраняется на протяжении миллиардов лет - один из ключевых вопросов, на который Крейг и его команда надеялись получить ответ с помощью проекта "Саргассово море" и глобального отбора проб. "Я проделал всю эту работу с микробами, чтобы понять, как устроена жизнь, - сказал он, - и разобраться в многочисленных способах, которые природа придумала, чтобы справиться с основными задачами поддержания жизни на протяжении миллиардов лет. Поиск пищи, производство и накопление энергии, эволюция и адаптация к новым нишам - в том, как они это делают, и заключается секрет жизни на Земле и, возможно, за ее пределами". "Основная истина заключается в том, что это всего лишь борьба жизни за самовоспроизведение", - говорит Джек Гилберт. "Так что, если хотите, это и есть эволюция". Гилберт считает, что лучше всего это выразил писатель Майкл Крихтон, автор "Парка Юрского периода", написавший, что "жизнь найдет способ".18 "В этом и заключается смысл равновесия", - говорит Гилберт. "Эти странные маленькие кусочки нуклеиновой кислоты отчаянно хотят выжить, чтобы
могут быть воспроизведены".
Гилберт добавил, что сказанное им было антропомор-фическим описанием этой динамики. "Конечно, за этим процессом не стоит никакой человеческой движущей силы", - сказал он. "Это просто химические вещества, стремящиеся к воспроизведению. И суть этой системы в том, что она либо рушится или сохраняется. А если она сохраняется, то должна постоянно стремиться к равновесию, которое позволяет этой системе сохраняться. В противном случае она разрушается и умирает".
Крейг считает, что одним из ключевых моментов может быть то, что основы были заложены миллиарды лет назад, а все последующие изменения - вся генетика, которую ученые пытаются выяснить с помощью секвенирования дробовика, искусственного интеллекта и, надеюсь, когда-нибудь квантовых вычислений - были незначительными вариациями. "Мы изучили и проанализировали сотни видов, включая геном человека, - говорит Крейг, - и теперь можем начать понимать, какие генетические компоненты, какие незначительные изменения, произошедшие за миллиарды лет, буквально привели к тому, что мы смогли взять это интервью, совершить эту экспедицию, получить все, что связано с человеческой жизнью".
13 мая 2003 года, когда Крейг и его команда готовились покинуть Бермудские острова после взятия первых проб, никто еще не думал об универсальных теориях или грандиозных гипотезах. Никто и не предполагал, что спустя двадцать лет наука микробиология, которая в 2003 году занималась в основном мелкомасштабными экспериментами и имела ограниченное представление о разнообразии микробов в море, будет всерьез размышлять над универсальными теориями и пытаться постичь мир микробов в планетарном масштабе. "Идея ученых мыслить масштабно в области ми-кробиологии во многом началась с Крейга и экспедиции в Саргассово море", - говорит Джек Гилберт. "Его идея выйти на глобальный уровень и привнести технологии, чтобы сделать это возможным, изменила ситуацию".
Но это будет позже. В мае 2003 года Крейг и Джефф Хоффман поставили перед собой задачу доставить замороженные, отфильтрованные микробы с Бермудских островов обратно в Роквилл, штат Мэриленд.
Они прибыли в международный аэропорт Бермудских островов через несколько дней после возвращения "Колдуна II" из Саргассова моря, причем Хоффман нес картонную коробку с изоляционным сердечником, заполненным сухим льдом, и тремя 142-миллиметровыми фильтрами, сложенными втрое. Хоффман впервые летел на частном самолете, и его посвятили в ритуал для новичков, в результате которого он занял боковое место в самолете у двери, рядом с баром. "Новичок должен был работать барменом, - сказал он.
Он помнил, что там был Крейг и еще несколько человек, которые пили пиво, когда самолет подрулил и они взлетели, везя с собой сокровища из Саргассова моря. Они направлялись в Мэриленд, где эти миллиарды микробов будут подвергнуты секвенированию и анализу, чтобы заставить их выдать некоторые секреты, скрытые в их ДНК.
Глава 3. Геном океана становится мета-геномом
Данные о последовательности ДНК можно интерпретировать чрезмерно, но если быть осторожным, то их можно использовать как подсказку.
-Крейг Вентер
В пасмурный майский полдень 2003 года, когда грозила гроза, частный самолет, перевозивший Крейга Вентера и Джеффа Хоффмана из Бер-муда, приземлился на аэродроме округа Монтгомери в Гейтерс-бурге, штат Массачусетс. Оттуда Хоффман доставил замороженные фильтры в неприметное лабораторное здание в соседнем Роквилле - временное помещение.
Здесь ученые начнут готовить ДНК микробов Саргассова моря к секвенированию и идентификации. В то время различные институты Крейга располагались в разных местах, но в Роквилле завершалось строительство нового кампуса, который должен был объединить все их работы под одной крышей. Институт геоатомных исследований (TIGR), его флагманская исследовательская организация, пока арендовал эту лабораторию в качестве временного помещения.
Основу деятельности Крейга в Роквилле составляли секвенаторы нового поколения. В основном это были ДНК-анализаторы ABI 3730xl от Applied Biosystems, каждая машина размером с мини-холодильник и стоимостью около 300 000 долларов. Десятки таких приборов были выстроены в ряд на столах в нескольких больших комнатах в Роквилле. "Они могли одновременно обрабатывать девяносто шесть последовательностей вместо одной, - говорит Хоффман, - что по тем временам было очень быстро". Секвенаторы работали, помечая каждую генетическую букву - все A, G, C и T - особым флуоресцентным красителем, который считывался лазером и записывался компьютером в виде кода.
Вся эта масса секвенирования была крайне важна для того, что Крейг собирался сделать с микробами Саргассова моря - то, что еще никогда не пытались сделать в таком масштабе. Речь шла о том, чтобы с помощью дробного секвенирования выйти за рамки секвенирования ДНК одного вида или организма, что было нормой, в том числе для проекта "Геном человека".