Скрытые связи

А что же эволюция биологических форм, того удивительного разнообразия живых существ, которое мы наблюдаем в сегодняшнем мире? Если случайные мутации не являются эффективным в этом отношении механизмом, если высшие формы жизни не обмениваются генами как бактерии, то как же возникли они? Линн Маргулис ответила на этот вопрос, обнаружив третье направление эволюции — развитие путем симбиоза, — имевшее далеко идущие последствия для всех отраслей биологии.

Симбиоз, склонность различных организмов жить в тесном сотрудничестве друг с другом, а порой и внутри друг друга (как, например, бактерии в нашем кишечнике) — явление широко распространенное и хорошо известное. Но Маргулис пошла дальше, выдвинув гипотезу, что длительный симбиоз крупных клеток с обитающими в них бактериями и другими микроорганизмами приводил и продолжает приводить к образованию новых форм жизни. Впервые Маргулис опубликовала свою революционную гипотезу в середине шестидесятых и за прошедшие годы развила ее в полноценную теорию, получившую название теории симбиогенеза. Непрерывные симбиотические приспособления рассматриваются в ней как основное направление эволюции всех высших организмов и возникновения новых их форм [65].

Главенствующую роль в такой симбиотической эволюции играли опять-таки бактерии. Результатом того, что определенные бактериисимбиотически слились с более крупными клетками и стали обитать в них в качестве органелл, стал гигантский эволюционный шаг — образование растительных и животных клеток, размножающихся половым путем и в конце концов развившихся в те живые организмы, которые мы сегодня наблюдаем вокруг себя. В процессе своей эволюции эти организмы продолжали поглощать бактерии, встраивая их геном в свой, благодаря чему синтезировались новые белки, которые выполняли новые функции и служили материалом для новых структур. Это чем-то напоминает слияние и поглощение корпораций в нынешнем деловом мире. В частности, ученые получают все больше свидетельств в пользу того, что микроканальцы (microtubules), являющиеся неотъемлемой частью структуры мозга, были изначально привнесены бактериями-спирохетами [66].

Эволюционное становление жизни в течение миллиардов лет — это захватывающая история, блестяще рассказанная Линн Маргулис и Дорионом Саганом в книге «Микрокосм» [67]. Движимая созидательной способностью, присущей всем живым системам, проявляющаяся посредством мутаций, генного обмена и симбиоза, усовершенствованная естественным отбором, планетарная сеть жизни расширялась и усложнялась, приобретая все большее разнообразие.

Это величественное развертывание жизни не представляло собой непрерывную цепь постепенных изменений. Геологические свидетельства ясно показывают, что длительные периоды стабильности эволюционной истории, или стасиса, время от времени прерывались внезапными качественными скачками [68]. Такая картина «перемежающейся стабильности» указывает, что упомянутые внезапные переходы вызывались совершенно иными механизмами, нежели случайные мутации неодарвинистской теории; возникновение новых видов путем симбиоза, по-видимому, играло здесь ключевую роль. Как пишет Маргулис: «В масштабах огромных геологических периодов симбиозы были как вспышки эволюционной молнии» [69].

Еще одной примечательной особенностью было периодическое наступление катастрофических событий с последующими длительными периодами роста и обновления. Так, 245 миллионов лет назад произошло наиболее массовое вымирание населявших планету существ, за которым быстро последовало развитие млекопитающих. А 66 миллионовлет назад катастрофа, стершая с лица земли динозавров, открыла путь для эволюции приматов и, в конечном итоге, человека.

Что такое жизнь?

Давайте вернемся теперь к поставленному в начале этой главы вопросу об определяющих характеристиках живых систем и подытожим то, что нам удалось выяснить. Рассмотрев простейшие из таких систем — бактерии, — мы охарактеризовали живую клетку как ограниченную мембраной, самовоспроизводящуюся, организационно замкнутую метаболическую сеть. Эта сеть включает в себя несколько типов чрезвычайно сложных макромолекул: структурные белки, ферменты, которые катализируют метаболические процессы, переносчики генетической информации РНК и, наконец, ДНК, которые хранят эту информацию и отвечают за самовоспроизводство клетки.

Мы также выяснили, что клеточная сеть материально и энергетически открыта и использует непрерывный поток материи и энергии для своего построения, ремонта и поддержания жизнеспособности. Сеть эта существенно неравновесна, что обусловливает спонтанное возникновение новых структур и форм, а значит — становление и эволюцию.

Наконец, мы увидели, что пребиотическая форма эволюции с участием окруженных мембранами пузырьков «элементарной жизни» началась задолго до возникновения первой живой клетки и что своими корнями жизнь уходит глубоко в фундаментальную физику и химию таких протоклеток.