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

На протяжении миллиардов лет жизнь существовала в виде одноклеточных организмов, и изобретения касались способов переработки энергии и химических соединений из окружающей среды. Жизнь была крохотной. Появление более крупных существ создало новые возможности для производства белков, для движения и питания. Телесные существа – животные, растения, грибы – появились на планете сравнительно недавно, и все они состоят из клеток, возникших в результате слияния разных существ. Изобретение тела открыло новый путь эволюции. Существа, состоящие из многих клеток, получающих энергию от собственных органелл, могут увеличиваться в размере и обзаводиться новыми тканями и органами. Результат этого процесса – разнообразие тканей и органов, помогающих животным взлетать на большую высоту, погружаться в глубины океана и конструировать спутники для изучения отдаленных уголков Солнечной системы.

Освоение будущего

Комбинирование, заимствование и переназначение технологий и изобретений, сделанных другими видами, служило нам в прошлом на протяжении миллиардов лет. Но это также часть нашего будущего.

В 1993 году испанский микробиолог Франсиско Мохика исследовал соляные болота на побережье Коста-Бланка на юге Испании. Он хотел понять, как бактерии смогли приспособиться к жизни в средах с очень высоким содержанием соли. Что-то в их геноме обеспечивало им устойчивость к факторам окружающей среды, которые для большинства видов смертельны. В результате почти десятилетней работы Мохика расшифровал геном бактерий и нашел объяснение этого странного признака. Большая часть ДНК этих бактерий представляла собой стандартную бактериальную последовательность букв. Но в некоторых местах встречался короткий фрагмент, образующий палиндром, который одинаково читается в обоих направлениях, как имя Анна, только в этом случае последовательность состоит из букв А, Т, G и С. Кроме того, все короткие блоки палиндромов равномерно отделены друг от друга другими последовательностями, в результате чего возникает повторяющийся рисунок: палиндром, вставка (спейсер), опять палиндром и какая-то другая вставка. И вот вам еще один пример множественности в науке: одна японская лаборатория обнаружила эти палиндромные последовательности примерно за десять лет до Мохики.

Заподозрив, что это не случайность, Мохика начал искать этот странный рисунок в геномах других бактерий. Как можно догадаться, он обнаружил, что это удивительно распространенный тип последовательности, имеющийся более чем у двадцати видов. Такой четко выраженный и распространенный генетический рисунок должен нести какую-то функцию, но в чем она заключается?

К тому времени Мохика уже организовал собственную лабораторию в Испании, но для секвенирования или других высокотехнологичных лабораторных манипуляций ему не хватало финансирования. Однако он был настроен решительно и использовал свой настольный компьютер, несколько текстовых процессоров и возможности интернета для анализа генетических баз данных. Он вводил в программу последовательности палиндромов и разделяющих их спейсеров и искал, не встречаются ли они где-нибудь еще. И он их нашел, только не в бактериях. Наиболее точное совпадение он обнаружил с последовательностью вируса. Более того, это был один из вирусов, в отношении которых данный вид бактерий выработал устойчивость. Мохика на достигнутом не остановился и погрузился в изучение 88 спейсеров, разделяющих палиндромы. Более двух третей этих последовательностей соответствовали последовательностям вирусов, к которым бактерия была устойчива. Похоже, эти участки защищали бактерию от вторжения вируса.

Мохика выдвинул серьезную, но непроверенную гипотезу, что такие системы палиндромов со спейсерами представляют собой оружие бактерий против вирусов. Он написал на эту тему статью и послал ее в один из ведущих научных журналов. В первом журнале ее отвергли, даже не направив на рецензию. Из другого журнала ее вернули из-за отсутствия “значимости или новизны”. Процесс повторялся пять раз, пока наконец работу не приняли в журнал по молекулярной эволюции. В том же году статью на эту же тему независимым образом опубликовали исследователи из французской лаборатории, использовавшие несколько иные методы анализа.