От атомов к древу. Введение в современную науку о жизни

Будем помнить, что построение филогенетического древа, отображающего — в идеале — родственные связи абсолютно всех земных живых организмов, в любом случае станет только первым шагом к настоящему, глубокому познанию эволюционного процесса. Как механизмы эволюции, так и ее результаты невероятно многообразны. Известный американский биолог Стивен Гулд говорил по этому поводу:

«Проблема с историей жизни состоит в том, что у нас есть только один эксперимент. Благодаря огромному биохимическому сходству мы понимаем, что вся жизнь на Земле произошла из одного источника. Тем самым у нас нет никакого ответа на главный вопрос: должна ли любая жизнь быть устроена так, как она устроена на Земле, или мы наблюдаем всего одну возможность, осуществившуюся на фоне сотни миллионов нереализованных альтернатив?»[546]

Сам Гулд, насколько можно судить, склонялся ко второму варианту ответа. Если бы историю Вселенной можно было каким-то непостижимым образом повторить, возникла ли бы в ней хоть какая-нибудь жизнь? И если да — то как бы она выглядела? К чему пришла бы жизнь на Земле, если бы не было столкновения, породившего Луну, или «Земли-снежка», или пермского кризиса (см. главы 16, 17)? За всеми этими поворотами и развилками скрываются возможности, которых мы, скорее всего, никогда не сможем даже вообразить (как сказал писатель Олег Ладыженский: «Вся западная мифология не смогла придумать кенгуру»). Вряд ли кто-нибудь мог бы предсказать, например, такое уникальное событие, как возникновение эукариот, точный механизм которого до сих пор остается загадкой (см. главы 10, 14). Вряд ли инопланетный биолог, посетивший Землю в мезозойскую эру, мог бы предсказать великую эволюционную судьбу тогдашних млекопитающих. Или, скажем, если бы тот же биолог попал три миллиона лет назад в Африку и встретил там странных прямоходящих обезьян — смог бы он предсказать, что именно эти нелепые и малочисленные существа создадут великую письменную культуру, преобразуют облик планеты, выйдут в космос?..

А ведь перед нами будущее — и оно еще более сложно и непредсказуемо, чем прошлое.

От древа к лабиринту

Чарльз Дарвин считал, что родственные отношения всех живых организмов могут быть изображены ветвящимся древом. Сам термин «древо жизни» изобретением Дарвина не является — он, скорее всего, заимствован из библейской Книги Бытия. Классическая биология полагала, что все биологическое разнообразие возникло из единственного начального узла эволюционного древа в результате серии его последовательных ветвлений. Сейчас эту «нулевую гипотезу» дополняет постулат, блестяще популяризированный Ричардом Докинзом в книгах «Эгоистичный ген» и «Расширенный фенотип»: эволюция генов и эволюция целых организмов — просто-напросто разные вещи. Гены вполне могут перемещаться из одного организма в другой, и все реальные организмы (включая человека) суть в той или иной степени генетические химеры. Например, в геноме человека имеется довольно много генов и еще больше некодирующих нуклеотидных последовательностей, включенных туда эндогенными ретровирусами (см. главу 12). Все эукариоты получили от вирусов такие важные для работы генетического аппарата вещи, как механизм кэпирования информационной РНК и фермент топоизомеразу, играющий важную роль в репликации ДНК (см. главу 10)[547]. Список подобных примеров легко продолжить. Итак, в общем случае нам приходится иметь дело не с единым молекулярно-филогенетическим древом, а с набором древес, относящихся к отдельным генам, которые совсем не обязаны совпадать друг с другом.

Картина еще больше усложняется в тех случаях, когда по ходу эволюции организмы не просто обменивались генами, а сливались целиком. Таких примеров гораздо меньше, но некоторые из них очень важны для истории жизни на Земле: например, происхождение эукариот, которое сопровождалось слиянием минимум двух, а может быть, и трех микроорганизмов (см. главы 10, 14). Систему родственных связей, возникающую в результате наложения друг на друга множества событий подобного рода, «древом» уже не назвать.

В 2010 году известный французский биолог Дидье Рауль предложил для обозначения структур такого типа термин «ризома»[548]. Попросту говоря, ризома — это сеть. Типичную ризому дает, например, попытка построить по молекулярным данным общее эволюционное древо бактерий. Иначе и не может быть, учитывая, насколько легко разные бактерии обмениваются генами. Внутри древа эукариот эффекты горизонтального переноса генов выражены гораздо меньше, но зато происхождение эукариот как таковых без учета этого процесса вообще необъяснимо.