Тимо Зибер - Дикие гены

Убедить в этом мир было непросто, и могло даже создаться впечатление, что митохондрии всеми силами сопротивляются раскрытию их тайны. Все это напоминало американский детектив, где Маргулис выступает в роли строгого обвинителя, а митохондрии сидят на скамье подсудимых.

– Признайтесь в конце концов, что вы бактерии!

– Нет.

Коллегия присяжных из числа видных ученых скептически смотрит на эту сцену, скрестив руки на груди. Ведь митохондрии всегда готовы были помочь окружающим, приветливо здоровались со всеми. Не верится, что у них за душой какая-то темная история! Но госпожа прокурор яростно забрасывает их аргументами. Защита лениво отмахивается:

– Все это лишь косвенные улики.

Но, когда общее мнение уже склоняется на сторону митохондрий и у них на лице появляется довольная усмешка, прокурор выкладывает на стол решающее доказательство – тот самый пресловутый дымящийся кольт: в митохондриях обнаружена ДНК! У них есть собственная наследственность… Начиная с этого момента отрицать что-либо уже бесполезно (хотя теория получит всеобщее признание лишь через несколько лет): митохондрии действительно происходят от бактерий.

При более внимательном изучении наследственного материала митохондрий быстро выяснилось, что он невелик по объему. Точнее говоря, он просто крошечный. Намного меньше, чем у других бактерий. В нем не хватало множества генов, которые необходимы для жизни бактериям, обитающим в полях, лесах и лугах. Чтобы объяснить, почему митохондрии могут обходиться без этой важной информации, достаточно понять, почему студент может приходить на занятия в свеже-выглаженной рубашке и с куском пирога в портфеле, хотя даже не знает, где лежит утюг и как разбить яйцо, не поранив себя. Обо всем заботится мамочка. В случае же с митохондриями все заботы берет на себя клетка. Она снабжает их всем тем, что они не в состоянии изготовить сами. Именно поэтому митохондрии и не способны жить вне клетки.

Но куда же делись пропавшие гены?

Какая-то часть действительно просто пропала, потому что под крылом у мамочки в них не было никакой нужды. Но это далеко не все объяснение, поскольку, если внимательно посмотреть, какие гены требуются митохондриям, чтобы выполнять функцию электростанции клетки, легко прийти к выводу, что их должно быть значительно больше, чем те немногие, что остались в ее геноме.

Остальные гены вышли за пределы митохондрий и обосновались в клеточном ядре, где осуществляют «работу на дому». Белки, которые вырабатываются с их помощью, импортируются в митохондрии. Еще некоторая часть генов митохондрий также работает за их пределами, но приобрела совершенно новые функции.

В настоящее время в наших митохондриях имеется всего десяток генов, которые используются главным образом для поддержания функционирования «электростанции». Имея такой крошечный остаток, ученые попытались определить для митохондрий место на генеалогическом древе бактерий. Начало этой работе положил Карл Вёзе, поскольку среди оставшихся генов есть отвечающий за синтез рРНК, с помощью которой устанавливается родство между живыми организмами. Сегодня мы знаем, что митохондрии находятся в относительно близком родстве с риккетсиями – бактериями, ведущими паразитический образ жизни и вызывающими порой не самые приятные заболевания.

Таким образом, мы уже имеем представление о том, чем митохондрии были изначально. Но что представляли собой клетки, которые в те далекие времена впустили к себе эти бактерии, чтобы стать эукариотами? Ответить на этот вопрос труднее. Наилучшее предположение, которым мы располагаем на сегодняшний день, состоит в том, что мифическими предками эукариотов были археи, так как многие из древнейших ключевых генов клеток имеют больше сходства с генами архей, чем бактерий. В этой гипотезе есть лишь одна загвоздка: чтобы захватить бактерии и сделать их своей составной частью, археи должны были активно на них охотиться. Однако вплоть до сегодняшнего дня археи, обладающие подобными способностями, нам неизвестны, хотя, конечно, есть еще невероятное множество микроорганизмов, о существовании которых мы не знаем. Возможно, предки эукариотов живут где-то неподалеку (в организме коровы, в пупке или под вечными льдами) и как раз в данный момент поедают очередную сочную бактерию. Охоту на этих древнейших предков вполне можно сравнить с поиском сокровищ в духе Голливуда. Есть некая карта, разорванная на несколько частей. Их надо соединить вместе, чтобы отыскать пиратские сокровища. В нашем случае это значит, что мы имеем представление о том, какие гены необходимы для охоты на бактерии. Изучая археи, мы время от времени находим эти гены в разрозненном виде, и это верный признак того, что мы движемся в нужном направлении. Но до сих пор не найдено ни одной археи, которая обладала бы полным набором этих генов и действительно могла бы охотиться на бактерии.

В 2015 году ученые впервые вроде бы напали на горячий след. Это произошло в весьма отдаленном и таинственном месте, называющемся Замок Локи. Он находится в морских глубинах и представляет собой группу «черных курильщиков» – горячих подводных источников. В этой не самой пригодной для жизни обстановке были обнаружены первые признаки существования одного из видов архей, у которого, похоже, есть недостающие фрагменты карты и который может оказаться охотником на бактерии. Но этот организм, получивший название Lokiarchaeota , до сих пор не находится в руках исследователей, следовательно, мы не можем с уверенностью утверждать, что он способен поедать бактерии. Так что наш взор все еще устремлен в темную неизвестность. Но, пока вы читаете эту книгу, ученым, возможно, удалось узнать что-то новое, и во мраке уже просматриваются какие-то очертания.

Кстати, митохондрии – это не единственные бывшие бактерии, которые нашли себе приют в эукариотах. К ним можно отнести и хлоропласты. До сих пор мы о них не упоминали, но для того, чтобы представить их вам, много времени не понадобится: глядя на листья своих комнатных растений, вы видите, что они зеленые (если они другого цвета, вероятно, вы просто забыли их полить). Источником зеленого цвета служат особые органы клетки – те самые хлоропласты. Это структуры, в которых происходит фотосинтез, то есть преобразование света в энергию. Как и в случае с митохондриями, здесь создается протонный дисбаланс, запускающий процесс выработки АТФ. Сегодня мы практически уверены, что предками хлоропластов были сине-зеленые водоросли. Это те самые организмы, на которых лежит ответственность за великую кислородную катастрофу. Таким образом, в клетках растений имеется два вида бывших бактерий: митохондрии и хлоропласты. Одних хлоропластов им недостаточно. Митохондрии нужны хотя бы потому, что ночью солнце не светит, а обмен веществ, тем не менее, должен продолжаться.