Секс с учеными: Половое размножение и другие загадки биологии - Алексенко Алексей

При этом нельзя сказать, что митохондриальная теория начисто отброшена. В конце концов, ее продвигал такой признанный авторитет, как Билл Гамильтон (тот самый, который отстаивал и паразитарную теорию происхождения пола). Некоторые биологи пытаются найти какие-то модификации, позволяющие все же не снимать с митохондрий всю вину за нашу двуполость.

Тут приходится еще раз упомянуть Ника Лейна. Этот блистательный популяризатор по своей первой научной специальности занимался как раз клеточным дыханием (точнее, хемиосмосом). Возможно, именно его зачарованность митохондриями придала новые импульсы разновидностям митохондриальных теорий. Об одной из таких разновидностей можно прочитать в книге Лейна «Энергия, секс, самоубийство», а о том, как она была опровергнута и ее сменил новый вариант, – в его следующей книге «Вопрос жизни». Ник Лейн – человек увлекающийся, и читать его – одно удовольствие. Но все же ему не удалось убедить мир в том, что контроль за качеством митохондрий – главный резон наличия двуполости в земной биосфере.

Что значит «главный резон» с точки зрения земной жизни, которая, вообще-то, не имеет никаких резонов, не ставит перед собой явных целей и ни к чему не стремится? Вопрос на самом деле в том, может ли проблема качества митохондрий создать давление естественного отбора, которое приведет к дифференцировке неких живых существ на два пола или хотя бы два типа спаривания. Пока все свидетельствует о том, что так быть не может. Эндрю Помянковски – он появился в нашей истории еще в двенадцатой главе в связи с проблемой эволюции двух типов спаривания – проверил это предположение на компьютерных моделях и доложил о результатах, причем одним из его соавторов был все тот же Ник Лейн. Оказалось, что никакие предположения о пользе однородительского наследования митохондрий не могут заставить выдуманную популяцию живых существ разделиться на два пола. Другое дело, если эти два пола, или типа спаривания, уже существуют. Тогда мутация, побуждающая организм получать митохондрии только от одного из родителей, может триумфально закрепиться, а заодно и добавить адаптивной ценности самой системе разделения полов.

Так что же, на этом «великий симбиоз» покидает нашу студию? Как бы не так. С уникальными, маловероятными событиями не бывает так, чтобы они не наложили на последующую историю свой уникальный, маловероятный отпечаток. Жизнь возникла на Земле всего один раз, и от этого события мы получили множество гаджетов, про которые невозможно сказать, «зачем они такие». Генетический код, например. Уникальность события волшебным образом снимает с ученых обязанность объяснять «зачем» – достаточно правдоподобной гипотезы «как». Объединение двух клеток – археи и бактерии, будущих эукариот и будущих митохондрий – тоже произошло лишь однажды. Соблазнительно было бы воспользоваться им, чтобы объяснить хотя бы тот же секс. То есть вывести вопрос из плоскости: «Почему секс не мог не возникнуть?», в которой его рассматривали Вейсман, Мёллер, Фишер, Холдейн, Мейнард Смит, Гамильтон и другие столпы эволюционной биологии ХХ века, – и перевести в чуть менее интригующую, зато куда более биологичную плоскость: «Как так получилось».

Кунин Е. В. Логика случая: о природе и происхождении биологической эволюции. – М.: Центрполиграф, 2014.

Марков А. Рождение сложности. Эволюционная биология сегодня: неожиданные открытия и новые вопросы. – М.: Астрель; Corpus. 2012. С. 131–198.

Birky C. W. Jr. Uniparental Inheritance of Organelle Genes. Current Biology. 2008. 18(16): R692–695.

Hadjivasiliou Z., Lane N., Seymour R. M., Pomiankowski A. Dynamics of Mitochondrial Inheritance in the Evolution of Binary Mating Types and Two Sexes. Proceedings. Biological Sciences. 2013. 280(1769): 20131920.

Lane N. Life Ascending: The Ten Great Inventions of Evolution. New York: W. W. Norton & Company, 2009. (Лейн Н. Лестница жизни / Пер. П. Петрова. – М.: АСТ: Corpus, 2013. С. 142–185.)

Lane N. Power, Sex, Suicide: Mitochondria and the Meaning of Life. Oxford: Oxford University Press, 2016. (Лейн Н. Энергия, секс, самоубийство: митохондрии и смысл жизни / Пер. Н. Ленцман. 2-е изд. – СПб.: Портал, 2022.)

Lane N. The Vital Question: Why Is Life the Way It Is. London: Profile Books, 2015. (Лейн Н. Вопрос жизни: энергия, эволюция и происхождение сложности / Пер. К. Сайфулиной и М. Колесника. – М.: АСТ: Corpus, 2018.)

Pereira C. V., Gitschlag B. L., Maulik R., Patel M. R. Cellular Mechanisms of mtDNA Heteroplasmy Dynamics. Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology. 2021. 56(5): 510–525.

Stewart J., Chinnery P. The Dynamics of Mitochondrial DNA Heteroplasmy: Implications for Human Health and Disease. Nature Reviews. Genetics. 2015. 16(9): 530–542.

Часть третья

Умножение и деление

Глава двадцать пятая, в которой древний микроб находит друга

Великий симбиоз

Однажды – возможно, 2 млрд лет назад или около того – на Земле настали трудные времена. Начались они с того, что некоторые бактерии научились кислородному фотосинтезу, то есть стали использовать солнечный свет для синтеза органики, при этом разрушая молекулы воды и выделяя кислород. Нам с вами кислород нравится, но объективно это довольно неприятное вещество, очень химически активное, немногим лучше какого-нибудь хлора. Кислород начал портить всякие вещества, нарушать химические реакции, на которых строила свое благополучие тогдашняя бактериальная жизнь. Вся, как сейчас выражаются, «экология» пошла насмарку. Древним клеткам надо было как-то выкручиваться.

Одна из таких клеток – архея, привыкшая жить и питаться, восстанавливая углекислый газ водородом (на языке химиков «восстанавливать» что-то – это значит навешивать туда электроны, а у водорода как раз есть лишний электрон). Но с водородом начались перебои. По счастью, неподалеку от археи жили бактерии, которые как раз, среди своих прочих навыков, умели питаться органикой, выделяя водород в качестве побочного продукта. Архея подружилась с бактериями, прижалась к ним тесно, впитывая драгоценный водород, а потом и вовсе заключила бактерию в собственную клетку – то ли проглотила от избытка чувств, то ли, наоборот, бактерия сама влезла внутрь, чтобы полакомиться органикой. В итоге получилась химерная клетка: внутри археи поселились одна или несколько бактерий. Как было сказано в прошлой главе, археи, вообще-то, не большие мастера по инновациям в области биохимии, но тут у химерной клетки оказались в арсенале все инструменты для кормежки, то есть гены и ферменты, которыми владели бактерии. А поскольку кислорода становилось все больше и больше, хозяйской клетке показалось удобнее вообще отказаться от своего пристрастия к водороду и перейти на новый распорядок: большая клетка тем или иным способом добывает органику, а внутренние бактерии-симбионты жгут ее с помощью кислорода, делясь энергией.

Так появились сложные эукариотические организмы (потомки той химеры) и их митохондрии (потомки тех бактерий). Описанные же события ныне известны как «великий симбиоз» и под этим именем упоминались в прошлой части нашего рассказа. Поясним: то, что этот симбиоз вообще случился, – уже твердо установленный факт, вошедший в научный мейнстрим полвека назад благодаря Линн Маргулис. А вот конкретный, изложенный выше сценарий пока из области предположений.

Надо было, конечно, с самого начала написать, что это «лишь одна из гипотез», но уж слишком она убедительная – так и тянет говорить о ней как о реальной истории. Эту гипотезу связывают с именем Билла (Уильяма) Мартина (род. 1957) – ученого, предложившего массу захватывающих идей касательно происхождения жизни и ее разных интересных проявлений. У его гипотез есть одна общая черта: когда про них читаешь, возникает ощущение, что иначе и быть не могло. О «водородной гипотезе» происхождения эукариот быстрее всего можно узнать, прочитав книгу Ника Лейна «Энергия, секс, самоубийство» или хотя бы только одноименную главу.