От атомов к древу. Введение в современную науку о жизни

Открытие генетического кода подарило людям такие возможности для изучения биологической эволюции, которые до середины XX века было просто невозможно вообразить. Например, представим, что молекулярный филогенетик сравнивает несколько видов эукариот, у которых прочитаны аминокислотные последовательности 100 белков. Типичный размер эукариотного белка — 300 аминокислот. Получается, что сравнению подлежат 30 000 аминокислотных позиций. Если прочитаны еще и нуклеотидные последовательности генов, кодирующих эти белки, то — поскольку любая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами — сравнение охватит уже 90 000 позиций, на каждой из которых в принципе может стоять любой из четырех нуклеотидов (А, Т, Г или Ц). Таково количество признаков, с которыми работают систематики в молекулярную эру. Открытие методов работы с генетической информацией поистине стало “философским камнем” биологии, во всяком случае эволюционной. Отметим, что все приведенные числа не взяты с потолка — они заимствованы из реальных свежих научных работ, причем достаточно скромных по размаху: объем анализируемых данных запросто может быть и больше (например, во многих современных исследованиях сравниваются целые геномы, и тогда речь идет уже о миллионах нуклеотидов).

Любая группа живых организмов имеет общего предка, у которого был свой геном. От этого генома путем конвариантной редупликации, то есть копирования с сохранением изменений, произошли геномы всех современных представителей группы. Многообразные события, меняющие геномы в ходе эволюции, оставляют следы, которые наслаиваются друг на друга. Их можно найти и прочитать, примерно так же, как можно найти и прочитать следы правок в обычном тексте. Ведь геном — это тоже текст (хотя и не только текст, конечно). Геном любого организма заключает в себе целую летопись эволюционных изменений, многие из которых можно довольно точно распознать и датировать. Сплошь и рядом это относится даже к изменениям, которые произошли много сотен миллионов лет назад. Текст может сохранить все.

Любой геном — это в некотором смысле архив, документирующий события, происходившие на всем протяжении эволюционной линии от последнего общего предка всех живых организмов (или, во всяком случае, клеточных организмов, если мы говорим о них) до обладателя этого генома. Конечно, следы многих событий в конце концов стираются из генома начисто, и с этим ничего не поделаешь: “Полностью утраченная информация, не сохранившаяся ни в одном экземпляре, восстановлена быть не может”[541]. С другой стороны, бывают и такие эволюционные новшества, которые запечатлеваются в геноме очень четко — так, что “прочитать” их следы можно даже спустя миллиарды лет. “Впечатанные” в геном свидетельства в принципе могут воспроизводиться из поколения в поколение сколь угодно долго. Причем все они заключены внутри сложной упорядоченной структуры, дающей возможность их послойно датировать. Это означает, что наряду с палеонтологической летописью, которая интенсивно изучается с начала XIX века, в распоряжении биологов теперь есть еще одна настоящая летопись — генетическая. Как и палеонтологическая летопись, она неполна, но зато любой ее сохранившийся фрагмент несет огромное количество информации.