Время генома

Наши тела обладают по меньшей мере семью способами защиты своих генов от многочисленных и разнообразных опасных внешних воздействий. Нам постоянно угрожают: воздух, которым мы дышим, ультрафиолет и солнечная радиация, а также неизбежные случайные ошибки в нашей ДНК, замены или потери нуклеотидов, которые накапливаются в процессе естественного старения из-за того, что на протяжении всей нашей жизни клетки регулярно делятся.

Первыми формами жизни на Земле были ДНК-содержащие бактерии, появившиеся более 3 млрд лет назад. В те времена в атмосфере Земли кислорода почти не было, и эти организмы дышат другими газами, такими как метан.

Перенесемся вперед еще на миллиард (плюс-минус несколько сотен миллионов) лет, когда появились цианобактерии, которые развили неслыханное умение расти и получать энергию с помощью фотосинтеза, используя солнечные лучи. Древние цианобактерии были чудовищно плодовиты, неистово размножаясь, они заполнили все теплые и солнечные места на нашей планете.

Однако таким образом цианобактерии приблизили то, что теперь называется кислородной катастрофой. В процессе фотосинтеза, когда организмы, используя энергию света, поглощают углекислый газ из воздуха, они выделяют кислород в качестве побочного продукта, который накапливается в атмосфере планеты. Кислород очень нестабильное токсичное вещество, он может повреждать ДНК и РНК, а также множество других важных биомолекул, таких как липиды и белки. Кислород моментально вырывает у них электроны, отрывая кусок молекулы или разрушая ее на части.

Эволюционный успех цианобактерий и повышение содержания кислорода в атмосфере привело к одному из крупнейших массовых вымираний в истории Земли. Было две причины, из-за которых погибли почти все живые организмы. Во-первых, бактериальная жизнь в то время не была приспособлена к такому страшному мутагену и не могла с достаточной скоростью исправлять кислородные повреждения молекул. Во-вторых, кислород реагирует с метаном в атмосфере, приводя к антипарниковому эффекту: средняя температура на Земле снизилась на несколько градусов. Результаты оказались не менее губительны: начался крупнейший за все 4,5 млрд лет истории Земли ледниковый период.

Через несколько сотен миллионов лет установилось равновесие. Сегодня в воздухе, которым мы дышим, содержится 21 % кислорода, и мы не можем жить без него. Если кислород заканчивается, то и мы «заканчиваемся» довольно быстро и неприятно. Когда мы кормим огонь дровами, ему, чтобы их сжечь, нужен кислород, так же и наши тела используют силу этого вещества, чтобы разрушать молекулы, в которых запасена энергия, и обеспечивать нас топливом, которое используется во всех жизненно важных процессах. Параллельно иммунная система успешно использует токсичное свойство кислорода в наших интересах. Занимаясь патрулированием, специальные защищенные клетки, называемые макрофаги и гранулоциты, используют кислородные радикалы как оружие для борьбы с инфекциями и даже с раковыми клетками.

Чтобы защититься от этого ужасного загрязнителя атмосферы, который мы называем кислородом, бактерии, растения, насекомые, а позже и люди начали использовать особый восстановительный механизм, получивший название эксцизионной репарации оснований. Он занимается исправлением повреждений, которые постоянно возникают в нашем теле под действием кислорода.

Гены постоянно эволюционировали с момента их возникновения во времена древней жизни на Земле, создавая новые способы защитить геном, так что получилось некоторое подобие многофункционального швейцарского армейского ножа для нуклеотидов.