Требуется сборка. Расшифровываем четыре миллиарда лет истории жизни – от древних окаменелостей до ДНК

Последние двадцать лет технологические новшества появляются с головокружительной скоростью. Аппараты для секвенирования генома стали настолько мощными, что выполнение проекта по расшифровке генома человека, продлившееся более десяти лет и стоившее миллиарды долларов, теперь бы заняло полдня и обошлось менее чем в тысячу долларов. Секвенирование – лишь один пример. Мощности компьютеров и методы визуализации позволяют заглядывать внутрь эмбрионов и даже наблюдать поведение молекул внутри клеток. Технологии с использованием ДНК стали такими эффективными, что мы легко можем клонировать самых разных животных, от лягушки до обезьяны, и создавать мышей с генами человека или мухи. Теперь мы способны отредактировать ДНК практически любого организма, и это дает нам возможность удалять или переписывать гены, на основе которых создаются тела буквально всех видов животных и растений. На уровне ДНК мы можем понять, какое сочетание генов определяет различия между лягушкой, форелью, шимпанзе и человеком.

Эта революция привела нас к знаменательному результату. Камни и окаменелости вкупе с ДНК-технологиями позволяют подступиться к некоторым классическим вопросам, над которыми тщетно бились Дарвин и его современники. Новые эксперименты открывают многомиллиардную историю развития жизни, в которой были слияния, переназначения, соперничество, воровство и войны. И все это происходило внутри ДНК. На геном постоянно нападают вирусы, отдельные части генома враждуют между собой, но из поколения в поколение геном в каждой клетке животного выполняет положенную работу. Результатом этого динамического развития становится появление новых органов и тканей – тех биологических инноваций, что изменяют мир.

На протяжении миллиардов лет после возникновения жизни наша планета оставалась зоопарком микробов. Примерно миллиард лет назад одноклеточные микробы дали начало сложным существам, имеющим тело. Еще через несколько сотен миллионов лет появилось все остальное – от медузы до человека. С тех пор возникли живые существа, умеющие плавать, летать и думать, и каждое усовершенствование влекло за собой следующее. Птицы используют для полета крылья и перья. Сухопутные животные имеют легкие и конечности. И так далее, и тому подобное. Начиная от очень простых предков животные эволюционировали таким образом, что научились жить на дне океана и в голых пустынях, процветать на вершинах гор и даже ходить по Луне.

Великие превращения в истории жизни вызвали значительные перемены в способах существования животных и в строении их тел. Превращение рыб в сухопутных животных, появление птиц и даже начало формирования тел из одноклеточных существ – это лишь отдельные примеры революционных преобразований в истории жизни. И в науке, которая пытается их изучать, было множество неожиданностей. Если вы думаете, что перья возникли, чтобы птицам было легче летать, а легкие и ноги – чтобы животные могли ходить по земле, вы будете не одиноки. Но при этом совершенно не правы.

Развитие науки позволят ответить на некоторые главные вопросы о самой сути нашего бытия. Возникли ли мы на этой планете в результате случайного стечения обстоятельств? Или история нашего появления была каким-то образом предопределена?

История жизни представляет собой долгий, странный и удивительный путь, состоящий из проб и ошибок, случайностей и неизбежности, поворотов, революций и изобретений. Об этом пути и о наших способах его познания мы и поговорим в этой книге.

Глава 1 Всего два слова

Некоторые люди находят себе тему для исследований в лаборатории или в экспедиции. Я свою нашел на одной картинке на экране.

В начале аспирантуры я посещал курс лекций одного заслуженного профессора о самых важных событиях в истории жизни. Это было страшно интересно, и меня сразу увлекли большие загадки эволюции. Темой для еженедельных обсуждений были разные эволюционные превращения. На одном из первых занятий профессор показал простую схему, отражавшую на тот момент, в 1986 году, наши знания о превращении рыб в сухопутных животных. В верхней части рисунка была изображена рыба, внизу – раннее ископаемое земноводное. От рыбы к земноводному вела стрелка. Мой взгляд ухватился не за рыбу, а именно за эту стрелку. Я посмотрел на рисунок и почесал голову. Сухопутная рыба? Как такое возможно? Это показалось мне превосходной научной загадкой, которой следовало заняться. Это была любовь с первого взгляда. Так началась сорокалетняя эпопея с путешествиями на оба полюса и по нескольким континентам в поисках окаменелостей, которые могли бы проиллюстрировать этот переход.