Максим Винарский - Евангелие от LUCA. В поисках родословной животного мира

Последовательным противником теории симбиогенеза был известный отечественный протистолог Лев Серавин, в 1980–1990 гг. опубликовавший серию статей с критикой концепции Линн Маргулис. А вот что пишет специалист по синезеленым водорослям В. Я. Костяев: «С гносеологической точки зрения симбиотическая теория малопродуктивна и неинтересна, а в научном отношении она практически не дала ничего нового». См. Костяев В. Я. Синезеленые водоросли и эволюция эукариотных организмов. — М.: Наука, 2001. С. 96. Есть и другие скептики.

Интересно, почему именно российские ученые внесли такой большой вклад в «еретическую» концепцию симбиогенеза? Можно ли видеть в этом проявление каких-то особенностей русского менталитета, склонного к опровержению твердо установленных и «неопровержимых» воззрений? Не о том ли писал Федор Достоевский, утверждая: «Покажите вы русскому школьнику карту звездного неба, о которой он до тех пор не имел никакого понятия, и он завтра же возвратит вам эту карту исправленную»?

Недавнее открытие живых асгардархей в Тихом океане несколько отрезвило исследователей. У этого первого живого представителя группы, которого удалось исследовать, организация клетки, скорее, типично архейная, чем «переходная». Оформленного ядра у него нет, как нет и других органелл, характерных для эукариот. Фагоцитоза тоже нет. Этот парадокс может быть объяснен тем, что гены, отвечающие за «эукариотные» черты, у асгардархей есть, но еще не используются по их нынешнему назначению. Это как бы предпосылка будущей эукариотной организации, своего рода ее генетический «зародыш», который у асгардархей присутствует «потенциально». Однако замечу, что огромное множество современных асгардархей еще только предстоит найти и как следует изучить. Пока данных слишком мало, чтобы делать окончательные выводы. Некоторые авторы считают, что фагоцитоз — это весьма сложный механизм питания, который, вероятнее, возник на поздних, а не ранних этапах эукариотизации. Что же, мы живем в интересное время. Проблема эволюции эукариот сейчас интенсивно изучается, и почти каждый год делаются новые открытия, пересматривающие, а то и перечеркивающие то, о чем писали 5–10 лет назад. Следите за новостями. Рекомендую также прочитать научно-популярный обзор Сергея Ястребова на сайте «Элементы большой науки»: https://elementy.ru/novosti_nauki/433521/Obnaruzhen_zhivoy_predstavitel_asgardarkhey.

См. Lopez-Garcia P., Moreira D. 2006. Selective forces for the origin of the eukaryotic nucleus. BioEssays , 28 (5): 525–533. Замечу, что концепция указанных авторов, хотя и основана на принципе симбиогенеза, достаточно широко привлекает различные автогенные механизмы, включая компартментализацию. Можно предполагать, что автогенная и симбиогенная гипотезы происхождения эукариотной клетки не исключают, а взаимно дополняют друг друга, так что спор, какая из них верна, вероятно, лишен смысла.

Eme L. et al. 2017. Archaea and the origin of Eukaryotes. Nature Reviews Microbiology , 15: 711–723.

В живой природе очень распространено явление, когда хозяин усваивает трудноразложимые виды пищи, пользуясь «услугами» симбионтов, живущих внутри его тела. Термиты способны питаться клетчаткой потому, что в их кишечном тракте живут особые бактерии, вырабатывающие эффективные ферменты для разложения целлюлозы. Многочисленные виды жвачных млекопитающих питаются грубым растительным кормом, усваивать который помогают обитающие в их желудке симбиотические прокариоты и простейшие.

Подробнее об эволюционных преимуществах и достижениях эукариот см. Марков А. В. Проблема происхождения эукариот // Палеонтологический журнал. 2005. № 2. С. 3–12.

Строго говоря, далеко не все протисты — одноклеточные. Среди них довольно обычны колониальные формы, то есть агрегаты из десятков и даже сотен отдельных клеток. Ряд таких видов уже настолько сложны, что их можно рассматривать как настоящие многоклеточные организмы.

Еще один новый термин, которым обогатил зоологию Эрнст Геккель.

Таково научное название этой группы протистов. «Воротничковые жгутиконосцы» — буквальный перевод термина на русский.

Например, в статье: Ruiz-Trillo I. et al. 2008. A phylogenomic investigation into the origin of Metazoa. Molecular Biology and Evolution , 25 (4): 664–672. Из книжных новинок в этой области можно отметить: Martín-Durán D. M., Vellutini B. C. (eds.) 2019. Old Questions and Young Approaches to Animal Evolution . Cham: Springer Nature Switzerland.

Есть одно существенное различие между возникновением эукариот и метазоев. Эукариотная клетка появилась как конгломерат нескольких независимо возникших организмов, «решивших» жить вместе. А вот колонии простейших формируются в результате деления одной клетки-основательницы.

Дифференциация клеток на два типа, с разделением труда между ними, недавно была обнаружена и у хоанофлагеллят. См. Laundon D. et al. 2019. The architecture of cell differentiation in choanoflagellates and sponge choanocytes. PLoS Biol o gy , 17: e3000226. https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3000226.

В октябре 2019 г. появилось сообщение об открытии в Карибском море нового вида колониальных хоанофлагеллят, демонстрирующего сравнительно сложные формы поведения, а именно — согласованную реакцию клеток на действие света. В зависимости от степени освещенности колония меняет свою форму от чашевидной до выгнутой (почти шаровидной). Раньше такие согласованные клеточные сокращения считались присущими исключительно метазоям. См. Brunet T. et al. 2019. Light-regulated collective contractility in a multicellular choanoflagellate. Science , 366: 326–334. Добавлю к этому, что у хоанофлагеллят были обнаружены гены, отвечающие за мейоз — деление половых клеток, свойственное исключительно метазоям. Но пока половой процесс у воротничковых жгутиконосцев неизвестен. См. Carr M., Leadbeater B. S. C., Baldauf S. L. 2010. Conserved meiotic genes point to sex in the Choanoflagellates. Journal of Eukaryotic Microbiology , 57: 56–62.

Малахов В. В. Загадочные группы морских беспозвоночных. — М.: Изд-во МГУ, 1990. С. 10.

Клеток этого типа полно и в нашем собственном теле. Ими являются, к примеру, белые клетки крови — лейкоциты. Их миссия, однако, состоит не в питании, а в защите организма от болезнетворных бактерий, которых они поглощают и переваривают.

Дарвин Ч. Происхождение видов. — СПб.: Наука, 2001. С. 287.

Dos Reis M. et al. 2015. Uncertainty in the timing of origin of animals and the limits of precision in molecular timescales. Current Biology , 25: 2939–2950.

Pu J. P. et al. 2016. Dodging snowball: Geochronology of the Gaskiers glaciation and the first appearance of the Ediacaran biota. Geology , 44: 955–958.

На отпечатках эдиакарских медуз можно рассмотреть тончайшие детали строения внутренних канальцев и гонад. См. Федонкин М. А. Бесскелетная фауна венда и ее место в эволюции метазоа. — М.: Наука, 1987. Эдиакарская фауна вообще уникальна тем, что ее представители, лишенные скелета, сохранились в каменной летописи в количестве многих тысяч экземпляров. Как образно выразился М. А. Федонкин (там же, с. 50), это был единственный в истории Земли период, «когда все макроскопические животные были „равны перед лицом истории“. Начиная с кембрия летопись органического мира представляют главным образом скелетные организмы». Одна из многих причин, определивших прекрасную сохранность эдиакарской биоты, — отсутствие в то время хищников и падальщиков, которые в позднейшие времена уничтожали лишенных скелета животных.