Пол Фальковски - Двигатели жизни. Как бактерии сделали наш мир обитаемым
Буквально одним щелчком электронного прибора последовательность гена или множества генов – да что там, целого генома – может быть переслана через весь мир для анализа, переформирования и перераспределения. Едва ли не любой из генов может быть синтезирован и внедрен в микроорганизм. Такой свободный обмен генными функциями не знает границ; он привел к дальнейшему наращиванию войны с микроорганизмами.
Ввиду того что секвенирование генов и геномов к началу XXI столетия стало настолько дешевым и эффективным, ученые перешли от секвенирования геномов одиночных организмов к секвенированию геномов естественных микробиотических сообществ практически в любых местообитаниях, представляющих потенциальный интерес. Списки генов, определенных компьютерными алгоритмами, стали стремительно пополняться. На планете были идентифицированы десятки миллионов генов микроорганизмов, и пока не похоже, чтобы темпы их обнаружения замедлялись. Эта генная библиотека представляет собой «список запчастей», из которых можно сделать любой созданный природой белок, присутствующий в ныне живущих организмах. Но можем ли мы создавать новые части – такие, которые не существуют и никогда не существовали в природе?
Коротко говоря, да.
Одна из отраслей биологической науки сейчас ищет способы конструировать микроорганизмы, направлять обмен веществ и запускать внутри микроорганизмов новые процессы, чтобы добиться от них большей эффективности или придать им новые качества, которых они не имели прежде. Сможем ли мы создать организм, который сможет перерабатывать пластмассу? Или нейтрализовать радиоактивные вещества в почве? Получится ли у нас разработать альтернативный вид топлива? Или новый тип строительных материалов? Все эти вопросы – не плод теоретических размышлений. Все это уже происходит в реальности.
Тысячи лабораторий по всему миру используют плазмиды Ледерберга и рекомбинантную ДНК Пола Берга, чтобы внедрять один или несколько генов в микроорганизмы. Подавляющее большинство этих экспериментов безвредны и проводятся для проверки гипотез касательно функционирования конкретных генов. Однако значительная часть горизонтальных генных переносов осуществляется для манипуляции теми или иными природными реакциями, которые мы хотим изменить, например создав с нуля новый фотосинтезирующий организм.
Секвенирование человеческого генома обнаружило, что у нас практически нет уникальных генов. Если людей не станет, мир микроорганизмов будет по-прежнему функционировать, придя к новым устойчивым состояниям, и благодаря их метаболизму наша планета будет оставаться обитаемой. В самом деле, с эволюционной точки зрения человеческая эволюция представляет собой лишь временное нарушение биологически выраженного круговорота химических реакций. Коротко говоря, мы – выродки природы, нарушающие естественные геохимические циклы. Тем не менее мы нуждаемся в микроорганизмах.
Мы саботируем микробиологическую эволюцию – и сами не понимаем, что делаем. Попытки, предпринятые в этом направлении, все еще остаются чисто теоретическими упражнениями, но они не тривиальны. Так, Дж. Крейг Вентер со своими коллегами работал над созданием микроорганизма, в котором генетическая информация будет полностью сконструирована человеком при помощи компьютерных технологий, синтезирована в лаборатории и введена в клетку-хозяина, генетически запрограммированную на уничтожение собственной генетической информации. Клетка-хозяин превращается всего лишь в контейнер для полностью рукотворного генома.
Биологов, занимающихся синтезом, чаще всего не заботит состояние экосистем Земли – они сосредоточены на том, чтобы создать микроорганизм, который будет более эффективно фиксировать азот, или, еще лучше, запихнуть гены, отвечающие за связывание азота, непосредственно в зерновые культуры, от которых зависит наше пропитание. Они хотят сделать такой рубиско, который сможет отличать углекислый газ от кислорода, и распространить этот новый и «лучший» рубиско по всему растительному миру. Список изменений, которые ежедневно пытаются навязать микроорганизмам и другим живым существам, практически бесконечен. Большинство из этих попыток совершаются с благородными целями в стремлении к такому будущему, которое обеспечит выживание людям, но при этом очень редко принимаются во внимание непредвиденные последствия подобного недомыслия для эволюционного пути жизни на Земле.
Человек – животное, живущее на этой планете лишь временно, и за нашу короткую историю мы стали одной из наиболее разрушительных биологических сил, начиная с тех пор, когда цианобактерии стали производить кислород в качестве побочного продукта своего метаболизма. Мы – современные биологические большевики. Подобно цианобактериям, мы можем открыть ящик Пандоры, выпустив на волю множество непреднамеренных последствий. Я утверждаю, что, вместо того чтобы вмешиваться в жизнедеятельность организмов, гораздо лучше было бы применить наши интеллектуальные способности и технологические возможности, чтобы добиться лучшего понимания ключевых наномеханизмов, возникших в процессе эволюции, и того, как эти механизмы распространились по всей планете и стали двигателями жизни. Почему это так?
Микроорганизмы – служители этой планеты, и мы почти не понимаем, как они смогли развиться в систему по перемещению электронов и элементов по ее поверхности. А ведь в конечном счете этот поток электронов сделал Землю обитаемой и для нас. Мы имеем лишь самые поверхностные представления о том, как работает этот электронный круговорот, и тем более не знаем, как его контролировать, однако наша гордыня и неистощимая потребность в новых ресурсах заставляют нас вмешиваться в его работу, которую мы неосторожно нарушаем. К счастью, в контролируемый микроорганизмами электронный круговорот встроено столько избыточной информации, что для нас практически невозможно нанести ему серьезные повреждения, но мы не прекращаем попытки это сделать.
В ходе своей эволюции микроорганизмы сделали эту планету обитаемой как для самих себя, так и в конечном счете для нас. Мы лишь пассажиры в этом путешествии; тем не менее мы позволяем себе вмешиваться в действия тех, кто его контролирует. Если мы не будем сдерживать себя, то рано или поздно неизбежно создадим и выпустим на волю микроорганизмы, способные фундаментально нарушить баланс электронов в глобальном электронном круговороте. Это чревато катастрофой.
Глава 11. Бактерии на Марсе и бабочки на Венере?
В науке немного вопросов настолько же фундаментальных, как вопрос: «Одни ли мы в этом мире?»
Ответ на этот вопрос, возможно, навсегда изменит наши представления о самих себе. Если мы не одни, то какие формы жизни еще существуют? Как они возникли? Каковы условия на их родной планете? Пытаясь понять, как возникла жизнь на нашей планете и как получилось, что различные случайно образовавшиеся наномеханизмы оказались внедрены во все организмы, когда-либо существовавшие и продолжающие жить на Земле, мы также спрашиваем себя: «Возможно ли, что подобные же наномеханизмы возникли и на других планетах нашей Солнечной системы или на планетах, обращающихся вокруг других звезд в далеком космосе? И если да, то как мы можем это выяснить?»
С тех пор как Галилей обнаружил, что луны Юпитера обращаются вокруг этой планеты и что Земля не является центром Вселенной, мы прошли долгий путь к осознанию того, что наша планета – всего лишь островок жизни в океане небесного тумана. Для нас почти невозможно во всей полноте осознать порядки величин, необходимые, чтобы достичь границ света, испускаемого звездами, которые были рождены в одном изначальном взрыве около 14 млрд лет тому назад. Хотя наши телескопы стали невероятно сложными приборами, глядящими в бесконечное пространство, их разрешение все так же не позволяет разглядеть планеты, находящиеся в нескольких световых годах от нас, как и разрешение лучших телескопов в начале XXI столетия. Мы можем видеть, как объекты движутся, и оценить их размеры, но по-прежнему не можем сказать, существует ли жизнь вне Земли. Мы по-прежнему так и не знаем, одни ли мы во Вселенной.
Исходя из научных данных (которые лишь немногие люди до конца понимают, если понимают вообще) теперь принято считать, что Вселенная расширяется и что она содержит в себе миллиарды галактик. Однако на данный момент мы можем утверждать, что наша планета, судя по всему, является уникальной. Это единственная из всех известных нам планет, где существует жизнь. И каждая мельчайшая частица этой жизни обязана своим существованием тем микроорганическим наномеханизмам, что вырабатывают газы, являющиеся прямым признаком существования жизни. Эта планета не только пригодна для обитания – она обитаема.
