Калеб Шарф - Ошибка Коперника. Загадка жизни во Вселенной

136

Об их исследовании см. H. F. Levison et al. Capture of the Sun’s Oort Cloud from Stars in Its Birth Cluster // Science 329 (2010): 187–90.

Археи, подобно бактериям, прокариоты, одноклеточные организмы, в клетках которых нет ядер и других органелл. В 1977 году некоторые виды архей были впервые классифицированы как особый тип прокариотов и выделены в собственное царство, отдельное от бактерий; это сделали Карл Вёзе и Джордж Фокс на основе генетических анализов. Об этом рассказано в статье C. R. Woese, G. E. Fox. Phylogenetic Structure of the Prokaryotic Domain: The Primary Kingdoms // PNAS 74 (1977): 5088–90.

Не приходится удивляться, что эти оценки варьируются. Приведенная величина основана на авторитетной статье William B. (Brad) Whitman. Prokaryotes: The Unseen Majority // PNAS 95 (1998): 6578–83. Автор исходит из большого количества обоснованных экстраполяций данных, полученных путем исследования различных популяций и сред.

Я имею в виду статью P. Falkowski, T. Fenchel, E. Delong. The Microbial Engines That Drive Earth’s Biogeochemical Cycles // Science 320 (2008): 1034–39.

Молекулярные машины зачастую состоят из белков, содержащих две и более одинаковые или разные полипептидные цепочки. Вообще говоря, полипептид – это цепочка аминокислот, которые скреплены ковалентными связями в результате обмена электронами между атомами. Ух, какая сложная наука химия…

Хороший обзор энергетического бюджета живых организмов на примере сгорания «топлива» см. в статье K. H. Nealson and P. G. Conrad. Life: Past, Present, and Future // Philosophical Transactions of the Royal Society B // Biological Sciences 354 (1999). 1923–39.

Кажется, будто процесс выработки метана микробами довольно прост, однако на самом деле, как и большинство метаболических процессов, он задействует безумное количество ферментов и реакций, причем не всегда одинаковых. В сущности, к получению метана приводит три основных метаболических маршрута: восстановление углекислого газа (о нем здесь и идет речь), ферментация соли уксусной кислоты и дисмутация (одновременное окисление и восстановление, в результате которых получаются два вещества) метанола или метиламинов. Каждый из них предполагает множество этапов-реакций.

Примеров тому множество. Не так давно было открыто одно особенно удивительное сочетание химических реакций окисления-восстановления, которые идут в разных слоях осадков на морском дне, – расстояние между ними составляет целых 12 миллиметров, для бактерий это очень много. Вероятно, механизм, связывающий эти физические слои, – электрический: возможно, именно бактерии контролируют поток заряженных частиц по планете. L. P. Nielsen et al. Electric Currents Couple Spatially Separated Biogeochemical Processes in Marine Sediment // Nature 463 (2010): 1071–74.

Разновидности сине-зеленых водорослей использовали солнечный свет для получения пищи еще более чем 3 миллиарда лет назад. Эти организмы, вырабатывающие кислород, и по сей день встречаются на Земле повсеместно.

См., например, N. Lane, W. F. Martin. The Origin of Membrane Bioenergetics // Cell 151 (2012): 1406–16.

Бактерии, например, могут обмениваться небольшими поднаборами генетического материала в виде плазмид. Эти плазмиды часто существуют в клетке в виде небольших колец ДНК (независимых от хромосомной ДНК) и содержат генетические коды размером от тысячи до миллиона базовых пар (знаков). Зачем природа придумала такое? Одно из преимуществ микробов состоит в способности делиться ДНК, в которой закодировано сопротивление неблагоприятным факторам вроде антибиотиков. В сущности, распределение плазмид увеличивает шансы на выживание целой популяции, а не только отдельной особи, которой повезло обрести нужную мутацию.

Эта идея пока не вполне доказана. Изучение скальных пород показывает, что примерно 650–750 лет назад, возможно, был период глобального похолодания, и тогда, вероятно, было так холодно, что даже на самых низких широтах все было покрыто льдом. То, в какой степени Земля замерзла, почему это произошло и как климат снова потеплел, до сих пор вызывает споры. Доводы в пользу гипотезы «снежка» см., например, в статье P. F. Hoffman et al. A Neoproterozoic Snowball Earth // Science 281 (1998):1342–46. Планеты, на поверхности которых есть вода, и в самом деле подвержены процессу положительной обратной связи, когда лед отражает больше солнечной энергии, чем жидкая вода, и поэтому температура на поверхности падает еще сильнее. Вероятно, состояния «снежка» среди экзопланет не редкость.

См., например, обсуждении в статье B. J. McCall and T. Oka. H3+ – an Ion with Many Talents // Science 287 (2000): 1941–42.

См. D. F. Strobel. Molecular Hydrogen in Titan’s Atmosphere: Implications of the Measured Tropospheric and Thermospheric Mole Fractions // Icarus 208 (2010): 878–86

И в самом деле, есть несколько работ о структуре более абстрактных метаболических систем и об углеродной химии, в которых предполагается, что метаболизм, основанный на углероде, был «почти достоверным» событием, своего рода аттрактором в пространстве вероятностей. См. R. Braakman and E. Smith. The Compositional and Evolutionary Logic of Metabolism // Physical Biology 10 (2012): 011001.

Измерение нисходящего потока молекулярного водорода в атмосфере Титана привело к пересмотру и возобновлению дискуссии о жизни на этом небесном теле. См. уже упоминавшуюся ранее статью D. F. Strobel. Molecular Hydrogen in Titan’s Atmosphere: Implications of the Measured Tropospheric and Thermospheric Mole Fractions // Icarus 208 (2010): 878–86 (и список литературы в этой статье).

Это делается при помощи инструментов «метагеномики», когда изучаются образцы, полученные из естественной среды, и изучается генетическое разнообразие определенных важнейших генов, которыми так или иначе пользуются все живые организмы. Например, рибосомальная последовательность РНК 16S состоит из 1542 нуклеиновых кислот – «букв», и эта последовательность, как говорят биологи, высоко консервативна, то есть случайные мутации в ней вызывают осложнения и быстро уничтожаются путем естественного отбора, а значит, любая версия, как правило, соответствует своему биологическому виду. Если изучить разнообразие вариантов этой последовательности в образце, можно получить оценку количества разных видов бактерий и архей в нем.

См., например, обзор J. M. Beck, V. B. Young, and G. B. Huffnagle. The Microbiome of the Lung // Translational Research 160 (2012): 258–66.

Об этой поразительной области исследований написано много превосходных работ. Отличная научно-популярная статья – J. Ackerman. The Ultimate Social Network // Scientific American 306 (2012): 36–43. Хотя по поводу микрофауны человека постоянно появляются новые работы, исследование микробов желудочно-кишечного тракта в 2010 году производилось в рамках проекта «MetaHIT» («Metagenomics of the Human Intestinal Tract»). Отчет о нем см. в статье J. Qin et al. A Human Gut Microbial Gene Catalogue Established by Metagenomic Sequencing // Nature 464 (2010): 59–65.

Энтеротипы выявлены на основе алализа метагеномных данных, полученных при изучении (какая прелесть) человеческих каловых масс. Это исследование описано в статье M. Arumugam et al. Enterotypes of the human gut microbiome // Nature 473 (2011): 174–80.

Подобные исследования начались только совсем недавно, однако, похоже, действительно есть какая-то связь – иногда ее называют «осью „микрофлора-кишечник-мозг“». Хороший обзор см. в статье V. O. Ezenwa et al. Animal Behavior and the Microbiome // Science 338 (2012): 198–99.

И в самом деле, некоторых ученых это навело на использование термина «хологеном» – сумма генов человека (и любого многоклеточного организма) и его микрофлоры; с этой точки зрения они исследуют эволюцию и естественный отбор. Некоторые исследования, похоже, отчасти подтверждают подобные идеи; см., например, R. M. Brucker, S. R. Bordenstein. The Hologenomic Basis of Speciation: Gut Bacteria Cause Hybrid Lethality in the Genus Nasonia // Science 341 (2013): 667–69.

Пожалуй, главным трудом по этому вопросу по сей день остается книга B. Hölldobler and E. O. Wilson. The Ants. Cambridge, MA: Belknap Press of Harvard University Press, 1990.

Первое научное описание того, как осьминоги собирают и запасают «орудия», чтобы применять их впоследствии, приводится в статье J. K. Finn, T. Tregenza, and M. D. Norman. Defensive Tool Use in a Coconut– Carrying Octopus // Current Biology 19 (2009): R1069–70. Ученые отмечали, как так называемые кокосовые осьминоги собирают, складывают и перетаскивают с места на место (очень неуклюже, при помощи особого приема наподобие хождения на ходулях) кокосовую скорлупу, похоже, для того, чтобы затем строить из них жилища. Финн пишет, что зрелище было весьма комичное: «В жизни не приходилось так смеяться под водой». Статью можно найти в Интернете: www.eurekalert.org/pub_releases/2009–12/cp-tui120909.php.