Фрэнк Райан - Виролюция. Важнейшая книга об эволюции после «Эгоистичного гена» Ричарда Докинза

Добро пожаловать в путешествие! Возможно, местами оно покажется вам странноватым, а иногда и попросту пугающим, но уверяю вас: в конце концов вы будете впечатлены и захвачены удивительной картиной могучих сил, сотворивших нас и по сей день активно работающих в нас, продолжая эволюцию человечества как биологического вида.

Elysia chlorotica — очень красивый листовидный морской слизень, обитающий в соленых болотах восточного побережья Соединенных Штатов от Новой Шотландии на далеком севере до теплой Флориды на юге. Как и гласит латинское название, слизень этот полупрозрачен, чудесного изумрудно-зеленого цвета, а плавает он, элегантно взмахивая отороченными золотом юбками — разросшимися ажурными краями ноги. Цвет его — знак глубокой тайны, ибо слизень Elysia — существо удивительное, одно из «животных-растений», как их удачно назвал английский ботаник Фредерик Кибл в конце девятнадцатого столетия [1] Keeble F. Plant Animals: A Study in Symbiosis. Cambridge: Cambridge University Press, 1919. . Эти создания соединяют в себе черты растений и животных. Но таинственность Elysia этим далеко не исчерпывается, ибо его существование кроет в себе загадку очень непростую, и ответ на нее, хотя и чрезвычайно познавательный, — ужасающ. Чтобы понять, в чем дело, рассмотрим сперва чрезвычайно любопытный жизненный цикл Elysia в прибрежных болотах.

Жизнь червя-гермафродита начинается, когда первое тепло весны пробуждает его от зимней спячки. Тогда слизень откладывает яйца в стоячую воду, и через неделю или около того из яиц выходят личинки. Следующие несколько недель личинки проводят, плавая туда и сюда в слоях планктона в поисках зеленых отростков единственного вида водорослей — Vaucheria litorea. Найдя, накрепко к нему прицепляются и завершают метаморфоз, превращаясь в крохотных слизней. Едва родившись, те начинают питаться, проедают оболочку водоросли и высасывают содержимое ее клеток. Vaucheria litorea — зеленая водоросль, полная — как, например, листья деревьев — крохотных округлых органелл, известных как «хлоропласты». Они поглощают солнечную энергию и в процессе фотосинтеза, фундаментально важном для земной жизни, превращают ее в энергию химическую. Ее же можно запасать впрок — и ею же, запасенной, питаются растительноядные животные. В сущности, все живое, окружающее нас, зависит от фотосинтеза и неразрывно с ним связано. Без фотосинтеза наш мир выглядел бы совсем по-другому. Не было бы кислорода в атмосфере, деревьев, цветов, не плавали бы рыбы в морях, не существовало бы ни птиц, ни зверей, ни человека.

Фотосинтез впервые произошел, должно быть, около трех миллиардов лет назад, когда на нашей молодой и чрезвычайно беспокойной планете появились первые бактерии, названные теперь за сине-зеленую окраску «цианобактериями». Спустя много лет эти пионеры фотосинтеза посредством эволюционного процесса синтеза инкорпорировались в ранние ядерно-клеточные (эукариотические) формы жизни, ранее называвшиеся «протозоа», но теперь получившие наименование «протистов», — это предки зеленых водорослей и растений. Впрочем, сами первопредки-цианобактерии никуда не подевались, они и сейчас живут и здравствуют в областях океана, где встречается планктон. А их наидревнейшие формы, хотя и подсократившись геномом, все так же живут в клетках водорослей и наземных растений в виде крошечных внутриклеточных включений — хлоропластов. Хищничество Elysia как раз и направлено на них — он умудряется отделять хлоропласты от прочего содержимого клеток водоросли и внедряет их в особые клетки, выстилающие внутренность кишечника. Вскоре эти клетки разрастаются, запускают крошечные отростки во все части тела растущего слизня, и драгоценные хлоропласты концентрируются сплошным равномерным слоем прямо под кожей. Когда формирование этого слоя заканчивается, до конца жизни слизень больше не пользуется ртом, получая всю необходимую для жизни энергию от внедренных хлоропластов — мириадов чудесных зеленых огоньков под кожей слизня, расцветивших ее изумрудным цветом.

Но этим далеко не исчерпываются тайны удивительного Elysia. Ведь поглощенные хлоропласты для преобразования солнечной энергии в химическую нуждаются в постоянном притоке протеинов, которые производят ядра клеток водоросли. Но теперь хлоропласты — в слизне, и как же они выживают целых девять месяцев жизненного цикла взрослого слизня?

Оказывается, в ходе эволюции Elysia chlorotica нужные для производства протеинов гены были перенесены из ядра клеток водоросли в ядро клеток слизня [2] Rumpho M.E, Worful J.M, Lee J., et al. Horizontal gene transfer of the algal gene psb0 to the photosynthetic sea slug Elysia chlorotica. Proceedings of the National Academy of Sciences 2008; 105 (46); 17 867-17871. .

В этой природной генной инженерии еще многое остается непонятным, но все более умножаются и усиливаются свидетельства в пользу того, что за перенос ответственны вирусы, населяющие ткани слизня и ядра его клеток. Этим вирусам присуща интересная особенность: они содержат особое соединение, энзим обратную транскриптазу, и обычно это говорит о том, что перед нами так называемые ретровирусы. В последующих главах я еще немало расскажу про эти чрезвычайно интересные создания, ретровирусы, но в данный момент нам достаточно знать лишь то, что энзим обратная транскриптаза позволяет вирусу залезть в клеточное ядро. Подробности того, как именно вирусам удалось породнить столь разные царства живого — растительное и животное — в морском слизне, не понятны до сих пор. Обитающие в слизне ретровирусы весьма архаичны, изучены не слишком хорошо, хотя известно: они концентрируются в ядрах клеток слизня, а оттуда вполне безобидно и безопасно путешествуют по внутренним органам и тканям, включая и захваченные хлоропласты.

Но и этим загадки слизня не исчерпываются. Финальная его тайна полна драматизма. В конце жизненного цикла, когда слизни пробуждаются от спячки и откладывают яйца, ретровирус активизируется. Вскоре после кладки взрослые слизни заболевают и гибнут — прежде безобидные ретровирусы буйно размножаются, поражая все органы и ткани. И это не случайное совпадение: в каждом без исключения завершающем жизненный цикл слизне были обнаружены интенсивно размножившиеся ретровирусы, а патологические изменения в тканях прямо указывали на вирусную атаку. И эти болезнетворные вирусы не могли прийти извне, из моря — в аквариумах с искусственной морской водой заболевание развивается так же. Потому трудно не прийти к заключению: убивают слизня его личные персональные ретровирусы, благодаря которым он и может существовать — ведь именно эти странные вирусы перенесли гены хлоропластов из водорослей и тем самым дали слизню возможность питаться солнечной энергией. Если оно и в самом деле так, то перед нами запрограммированное природой уничтожение всех взрослых особей вида. Вирусы, сделавшие возможным без малого идиллическое существование носителя, внезапно переключаются в летальный режим, истребляя уже бесполезное после откладки яиц прежнее поколение.