Ник Лейн - Лестница жизни

33

Согласно «водородной гипотезе» Билла Мартина и Миклоша Мюллера, в эту связь вступили архея, растущая на водороде и углекислом газе, и бактерия, способная осуществлять, в зависимости от обстоятельств, кислородное дыхание или брожение, производя водород и углекислый газ. Эта разносторонняя бактерия предположительно могла использовать метан, выделяемый археей в качестве отходов. Но я не стану обсуждать здесь эту концепцию — я уже сделал это в своей предыдущей книге «Энергия, секс, самоубийство». Идеи, изложенные на следующих нескольких страницах данной главы, тоже разобраны в той книге более подробно.

По чисто геометрическим причинам отношение площади поверхности к объему уменьшается с увеличением объема, потому что площадь поверхности возрастает пропорционально квадрату линейных размеров, а объем — кубу. Удвоение линейных размеров увеличивает площадь поверхности вчетверо (2 x 2 = 4), а объем в восемь раз (2 x 2 x 2 = 8). В результате при увеличении размеров клетки уменьшается отношение площади мембраны, используемой для производства энергии, к объему клетки, и энергетическая производительность бактерии падает.

Я отстаивал эту точку зрения в лекциях, с которыми выступал по всему миру, и пока не встретил «убийственных» возражений. Самое серьезное возражение выдвинул Кавалир-Смит. Он указал на существование фагоцитоза у некоторых современных эукариотических клеток, не имеющих митохондрий. Но я не думаю, что их существование опровергает тезис о невозможности фагоцитоза без митохондрий, потому что отбор оказывает особенно сильное давление на тех прокариот, которые используют для дыхания наружную мембрану. Когда фагоцит уже сформировался, какие-то из его частей в зависимости от обстоятельств могли уничтожаться (эволюционная редукция — обычное явление, особенно у паразитов). Уже развившемуся фагоциту было намного легче утратить митохондрии в определенных условиях (например, связанных с паразитизмом), чем прокариотической клетке развиться в фагоцита без помощи митохондрий.

Есть мнение, что этой дамой была Стелла Кэмпбелл, знаменитейшая английская актриса того времени, для которой Шоу впоследствии написал роль Элизы Дулиттл в пьесе «Пигмалион», а также что это была скандально известная основоположница современного танца — Айседора Дункан. Но вполне возможно, что это вымышленная история.

В Уганде, одной из немногих африканских стран, где распространение ВИЧ удалось остановить, заболеваемость за десять лет снизилась с 14 до 6 % — во многом благодаря разъяснительной работе среди населения. Предложение, которое постарались донести до людей, предельно просто, но на практике не всегда осуществимо: необходимо избегать секса без презервативов. Одно из исследований показало, что успех пропагандируемого в Уганде «курса ABC» (Abstinence, Be faithful, Condoms — Воздержание, верность, презервативы) во многом связан именно с последним пунктом.

Кстати, еще Ричард Докинз в книге «Эгоистичный ген» предсказал возможность такого поведения генов, и его проницательное предположение с тех пор получило более чем убедительные подтверждения.

В этом смысле бактерии размножаются не исключительно клонированием, потому что они также могут получать ДНК от других клеток путем горизонтального переноса. В этом отношении бактериям свойственна гораздо большая гибкость, чем не практикующим половое размножение эукариотам. В том, какое огромное значение это имеет для бактерий, можно убедиться на примере стремительного распространения устойчивости к антибиотикам, обычно приобретаемой именно путем горизонтального переноса генов.

Об этом подробно рассказывает Мэтт Ридли, со свойственным ему мастерством, в книге «Секс и эволюция человеческой природы», опубликованной в 1993 году.

Можно возразить, что на то есть иммунная система, выработанная эволюцией именно как средство для борьбы с паразитами. Это верно, но у иммунной системы имеется одна слабость, которую позволяет компенсировать только секс. Для работы иммунной системы ей требуется отличать «свое» от «чужого». Если белки, по которым определяется «свое», из поколения в поколение не меняются, любой паразит сможет без особого труда обмануть иммунную систему, замаскировавшись под такие белки. Именно это и происходило бы с любыми организмами, обладающими иммунной системой, но размножающимися исключительно клонированием. Только секс (или очень высокая частота мутаций белков, по которым определяется «свое») позволяет с каждым поколением менять свойственное иммунной системе представление о «своем».

Не совсем так. Одна из причин, почему Y-хромосома не исчезла, состоит в том, что она держит некоторые гены во множестве экземпляров. Судя по всему, при мейозе она может складываться вдвое, позволяя рекомбинации проходить в пределах одной хромосомы. Даже такая ограниченная рекомбинация, похоже, спасла К-хромосому от исчезновения — по крайней мере, у большинства млекопитающих. Однако некоторые млекопитающие, например два азиатских вида слепушонок, все-таки утратили Y-хромосому. Точно не известно, как у них определяется пол, но обнадеживает, что мужской пол, похоже, не обречен разделить судьбу своей дегенерирующей хромосомы.

В этих двух утверждениях ничего не сказано ни о природе клетки-хозяина, ни о характере симбиотических отношений между клетками — двух особенно спорных пунктах. Но в данном случае не важно, имела ли клетка-хозяин ядро или клеточную стенку и вела ли она образ жизни фагоцита. Так что, несмотря на то, что вопрос о происхождении эукариотической клетки по-прежнему остается во многих отношениях спорным, изложенные здесь представления не зависят ни от одной из выдвинутых на этот счет альтернативных теорий.

Уильям Крун был одним из основателей Лондонского королевского общества, и именно в его честь названы организуемые обществом Крунианские лекции — ежегодные выступления одного из ведущих биологов.

Черчиллю принадлежат известные слова: «История будет ко мне благосклонна, потому что я сам намерен ее написать». За свои блистательные исторические труды он был по праву удостоен Нобелевской премии по литературе за 1953 год. Когда еще за историю присуждали литературную премию?

Первым белком, структуру которого определили Перуц и Кендрю, был миоглобин кашалота. Этот выбор может показаться странным. Связан он был с тем, что миоглобин, как выяснилось, кристаллизуется в лужах крови на палубах китобойных судов (в мышцах морских млекопитающих, таких как киты, его концентрация существенно повышена). Эта склонность к кристаллизации имеет принципиальное значение для рентгеноструктурного анализа, поскольку для его проведения совершенно необходимы хоть какие-нибудь кристаллы или, по крайней мере, повторяющиеся структуры.

Разные мышцы состоят из разных комплексов волокон. Быстросокращающиеся волокна работают за счет анаэробного дыхания — быстрого, но малопроизводительного. Такие волокна сокращаются стремительно (используя быстрые миозины), но легко устают. Они не особенно нуждаются в густой сети капилляров, митохондриях и миоглобине (аксессуарах аэробного дыхания), с чем и связана их светлая окраска, за которую белое мясо получило свое название. Медленно сокращающиеся волокна работают преимущественно в красных мышцах, и в основе их работы лежит аэробное дыхание (а миозины используются более медленные). Они сокращаются не так быстро, но при этом не так легко устают.

На самом деле ситуация несколько сложнее: сами генетические последовательности совпадают на 80 %, а на 95 % совпадают последовательности аминокислот в кодируемых ими белках. Это возможно потому, что многие аминокислоты могут быть закодированы по-разному (см. главу 2). Разница между приведенными выше показателями сходства — результат обычных мутаций в последовательности ДНК-букв в сочетании с сильным отбором на сохранение исходной последовательности аминокислот. Отбор почти всегда допускает лишь те изменения генетической последовательности, которые не приводят к изменению последовательности аминокислот в белке. Это еще один небольшой, но наглядный пример действия отбора.

На самом деле эти изменения, разумеется, происходили в обратную сторону: из процессивных двигателей в ходе эволюции развились миозиновые нити мышц, а не наоборот. Возможно, именно поэтому каждая молекула миозина в мышцах по-прежнему имеет две головки, хотя между их работой и не наблюдается полезной координации.