Нет смысла спорить, сколько царств: двадцать или сто. Однако из диаграммы видно, что многочисленные царства делятся на три сверхцарства, или домена, по терминологии Карла Везе. Первый – наш собственный домен эукариот, в компании которых мы провели большую часть пути. Второй – это археи. К ним относятся микробы, с которыми мы встретились на рандеву № 38 и которые, согласно устаревшим представлениям, группировались с третьим доменом – настоящими (то есть эу-) бактериями. Представители этого домена присоединяются к нам на последнем рандеву. Между прочим, это честь – разделить путь с вездесущими и самыми эффективными машинами по распространению ДНК.
Сама диаграмма, конечно, построена на основе признаков, которые мы можем увидеть или потрогать. Чтобы сравнить группу организмов, мы должны выбрать признаки, которые есть у всех. Мы не можем использовать для сравнения ноги, если у большинства видов их нет. Ноги, головы, листья, ключицы, корни, сердца, митохондрии: все это присутствует далеко не у всех живых существ. А вот наличие ДНК – универсальный признак, и в ней есть некоторое количество генов, которые имеют все живые существа – за единичными исключениями. Именно эти гены подходят для сравнения.
И, возможно, лучший пример – гены, с помощью которых образуются рибосомы.
Рибосомы – это клеточные “машины”, которые считывают информацию РНК (транскрибированных с генов ДНК) и синтезируют белки. Рибосомы жизненно необходимы всем клеткам и присутствуют во всех них. Сами они в основном построены из рибосомальной РНК (рРНК) и совершенно не похожи на “ленты” РНК, которые считывают рибосомы, синтезируя белок. Гены ДНК кодируют рРНК. Последовательность рРНК может быть считана либо непосредственно, либо в виде ДНК, которая ее кодирует: рДНК. У всех организмов есть рДНК, но используется она не только поэтому. Она почти одинакова у всех существ, чтобы было что сравнивать, но не идентична. Применив к рДНК методы, о которых мы говорили в “Рассказе Гиббона”, можно нарисовать древо жизни и оценить эволюционные расстояния в пределах трех основных доменов или даже между ними. Однако нужно соблюдать осторожность: рДНК крайне уязвима для эффекта “притяжения длинных ветвей” и подобных ловушек. Но, призвав на помощь другие гены и используя редкие геномные изменения – вставки и делеции больших участков ДНК, – мы добьемся успеха. Конечно, некоторые ветви на древе будут ненадежны – особенно среди эубактерий, что объясняется их склонностью к обмену участками ДНК (с этой проблемой мы не сталкивались ни у одной из эукариотических групп). Впрочем, ученым удалось обнаружить группу бактериальных генов, которые редко обмениваются ДНК. Надеюсь, однажды мы сможем установить достоверный порядок ветвления на древе жизни. Я этого очень жду.
Таксономическое расстояние, которое мы измеряем, сравнивая геномы, – один из способов изучить многообразие жизни. Другой способ – рассмотреть разнообразие жизненных форм, спектр “профессий” пилигримов. На первый взгляд, бактерии в этом отношении более однородны, чем, например, лев и буйвол или крот и коала. Для таких крупных животных, как мы, раскапывание земли в поисках червей кажется отличным от жевания листьев эвкалипта. Однако с химической точки зрения – то есть с точки зрения бактериального рассказчика – все кроты, коалы, львы и буйволы делают одно и то же: получают энергию путем расщепления сложных молекул, синтезированных за счет солнечной энергии, полученной растениями. Коалы и буйволы едят растения. Львы и кроты едят животных, которые питаются растениями.
Первоисточник внешней энергии – Солнце, и оно (посредством симбиотических зеленых бактерий, живущих в растительных клетках) – единственный производитель энергии, которой пользуется все живое. Энергию Солнца собирают “солнечные панели” – листья, и используется она для синтеза растениями органических соединений, например сахара и крахмала. Впоследствии, через ряд реакций синтеза и расщепления, солнечная энергия поступает ко всем остальным существам. Поток энергии от Солнца проходит через все живое и идет к растениям, травоядным, хищникам, падальщикам. На каждом этапе – и не только при переходе от одного существа к другому, но и от одного биохимического этапа к другому – энергия теряется. Некоторая ее часть неизбежно рассеивается в виде тепла. Без притока энергии от Солнца жизнь на Земле замерла бы – так гласят учебники.
В целом это верно. Но авторы учебников забывают о бактериях и археях. Изобретательный химик может предложить схемы, которые не начинались бы с Солнца. А если такая схема существует, бактерии с высокой вероятностью придумали ее первыми: возможно, даже раньше, чем начали использовать солнечную энергию (минимум 3 млрд лет назад). Жизни необходим внешний источник энергии, однако это не обязательно Солнце. Среди таких источников – водород, сероводород, некоторые соединения железа.
Предоставим слово T. aquaticus:
Взгляните на жизнь нашими глазами – и вы, эукариоты, перестанете задирать нос. Вы, двуногие обезьяны, и вы, бесхвостые землеройки, и вы, сушеные лопастеперые рыбы, и вы, позвоночные черви, и вы, губки с Лох-генами! Вы – новички в нашем районе, вы, едва различимые в толпе, вы – просто пена на поверхности бактериальной жизни. Даже клетки, из которых вы состоите, суть колонии бактерий, делающих то же, чему мы научились миллиард лет назад. Мы были здесь до вас, и мы останемся здесь, когда вас не будет.
Кентербери
Наш “Кентербери” исполнен тайн. В этой точке эволюции появилась жизнь, однако лучше было бы назвать ее точкой происхождения наследственности. Сама жизнь не имеет четкого определения – это факт, который противоречит интуиции и традиции. Пророк (Иезекииль 37), которому повелели спуститься в “долину сухих костей”, отождествляет жизнь с дыханием. Я не могу удержаться от того, чтобы не процитировать отрывок (“кость с костью своею” – замечательный пример языковой экономии):
Я изрек пророчество, как повелено было мне; и когда я пророчествовал, произошел шум, и вот движение, и стали сближаться кости, кость с костью своею.
И видел я: и вот, жилы были на них, и плоть выросла, и кожа покрыла их сверху, а духа не было в них.
Тогда сказал Он мне: изреки пророчество духу, изреки пророчество, сын человеческий, и скажи духу: так говорит Господь Бог: от четырех ветров приди, дух, и дохни на этих убитых, и они оживут.
Дух, конечно, так и поступил. Великое войско ожило и поднялось на ноги. Дыхание, по Иезекиилю, и отличает мертвое от живого. Дарвин говорил об этом в финале “Происхождения видов”:
Таким образом, из борьбы в природе, из голода и смерти непосредственно вытекает самый высокий результат, какой ум в состоянии себе представить, – образование высших животных. Есть величие в этом воззрении, по которому жизнь с ее различными проявлениями Творец первоначально вдохнул (курсив мой. – Р. Д.) в одну или ограниченное число форм; и между тем как наша планета продолжает вращаться согласно неизменным законам тяготения, из такого простого начала развилось и продолжает развиваться бесконечное число самых прекрасных и самых изумительных форм.
Дарвин справедливо изменил порядок событий у Иезекииля. Сначала явилось дыхание жизни, подготовившее условия, в которых в конце концов появились кости и сухожилия, плоть и кожа. Кстати, Творца в первом издании “Происхождения видов” Дарвин не поминал. Он появился лишь во втором издании, вероятно в виде подачки религиозному лобби. Позднее Дарвин посетовал в письме своему другу Джозефу Гукеру:
Но я уже давно сожалею, что уступил общественному мнению и употребил выражение Пятикнижия – “сотворение”, под которым я на самом деле только подразумеваю “появление” вследствие какого-то совершенно неизвестного нам процесса. Сущий вздор – рассуждать сейчас о происхождении жизни; с тем же успехом можно было бы рассуждать о происхождении материи.
Вероятно, Дарвин (на мой взгляд, справедливо) считал происхождение примитивной жизни относительно легкой проблемой по сравнению с той, которую ему удалось решить: как жизнь, однажды возникнув, становилась все разнообразнее и сложнее, породив иллюзию замысла. Однако позднее (в другом письме Гукеру) Дарвин рискнул высказать предположение о “совершенно неизвестном процессе”, с которого все началось. Он пришел к этому, раздумывая, почему жизнь не возникает снова и снова.
Часто говорят, что условия для образования первого живого организма существуют сейчас и, вероятно, существовали всегда. Но если (какое немаленькое если!) мы предположим, что в каком-нибудь маленьком теплом пруду, со всякими родами аммония и фосфорными солями, светом, теплом и электричеством и так далее, образовалась химическая смесь протеина, готовая к более сложным изменениям, то в настоящее время такая материя будет немедленно поглощена или впитана, что не могло бы произойти до того, как были образованы живые существа.
Теорию самозарождения жизни экспериментально опроверг Пастер, и не так давно. Долго считалось, что в гниющем мясе самозарождаются личинки, из морских уточек (goose barnacles) получаются гусята, а в грязном белье, хранящемся вместе с пшеницей, “выбраживают” мыши. В искаженном виде теорию самозарождения поддержала церковь (которая, как и во многом другом, следовала за Аристотелем): по крайней мере, с ретроспективной точки зрения, самозарождение было таким же вызовом божественному сотворению, как и эволюция. Мысль о том, что мухи или мыши могут зарождаться самопроизвольно, сильно недооценивает то великое достижение, которым на самом деле является сотворение мух или мышей. А ведь это, может решить кто-нибудь, оскорбление Творца! Однако люди с ненаучным складом ума не в состоянии понять, насколько сложны и в сущности невероятны муха или мышь. Дарвин, пожалуй, первым осознал масштаб ошибки.
Еще в 1872 году в письме Уоллесу, одновременно открывшему естественный отбор, Дарвин поделился своим скептицизмом относительно “самозарождения коловраток и тихоходок” (о нем говорилось в книге Уоллеса “Истоки жизни”, которая в остальном очень нравилась Дарвину) и, как обычно, попал в точку. Коловратки и тихоходки – сложные жизненные формы, прекрасно приспособленные к условиям, в которых они живут. В их случае самозарождение означало бы, что они стали приспособленными и сложными “благодаря счастливому стечению обстоятельств, а в это я не могу поверить”. Стечения обстоятельств такого масштаба Дарвин (и церковь – по другим причинам) отрицал. Сутью его теории было и остается следующее: адаптивная сложность возникает как череда медленных изменений. При этом ни один из этих шагов не может быть настолько длинным, чтобы для его объяснения потребовалась случайность. Теория Дарвина, разделив случайность на шажки, поставляющие необходимые для отбора вариации, представляет собой единственный реалистичный способ объяснения жизни случайностью. Если бы коловратки могли возникнуть так, труды Дарвина были бы ненужными.