Знание – сила, 2000 №03

В 1966 году она написала статью, в которой излагались эти представления. В ней утверждалось, что сложные клетки возникли из более простых путем симбиоза и объединения их вещества и генетического материала, то есть путем симбиогенеза. Статья была отвергнута пятнадцатью научными журналами как «не подходящая для публикации», прежде чем ее принял «Журнал теоретической биологии». Маргулис получила 800 (!) запросов от специалистов-биологов, заинтересовавшихся ее идеями, но на факультете биологии Бостонского университета, где она тогда числилась ассистенткой, ее успех был воспринят весьма нервно — коллеги с кривой улыбкой говорили ей: «Какую забавную работу вы опубликовали» или «Ваша статья так сложно написана, что я ничего в ней не понял». Десять лет спустя, когда у нее накопилось так много нового материала, что статья разрослась в книгу, она предложила рукопись в издательство «Академик пресс» и столкнулась с очередным отказом. Потребовалось еще четыре года, прежде чем книгу («Происхождение эукариотных клеток») решились опубликовать в издательстве Йельского университета. В последующие годы она выдержала еще три издания и сегодня считается классическим текстом. Прошло тридцать с лишним лет, но гипотеза симбиогенеза, выдвинутая и развитая Линн Маргулис, получила наконец если не всеобщее, то во всяком случае весьма широкое признание.

В основном это произошло благодаря новым открытиям, подтвердившим ее правоту. Прежде всего, здесь надо отметить исследования так называемых хлоропластов в растительных клетках и митохондрий — в клетках животных. Эти внехромосомные гены тоже перелаются от клетки к ее потомкам по особым правилам, которые во многом отличаются от правил передачи ядерных, или хромосомных генов. Так, гены митохондрий в сложных организмах (например, у человека) передаются лишь по материнской линии. (И именно поэтому общий предок современных людей, обнаруженный благодаря сходству их митохондриальных генов, получил название «митохондриальной Евы».)

Отавная особенность этих двух органелл, если не считать наличия у них собственных генов, состоит в том, что они выполняют важнейшие для жизнедеятельности клетки функции. Хлоропласты с их хлорофиллом осуществляют процесс фотосинтеза, столь характерный для растительных клеток и снабжающий их органическими материалами для роста. Митохондрии, имеющие в своих мембранах молекулы ферменты АТФ синтеза, осуществляют процесс создания молекул АТФ. которые являются аккумуляторами химической энергии для клетки в целом, позволяя ей, в частности, двигаться в поисках пищи намного энергичнее, чем способны двигаться простейшие, лишенные митохондрий.

Эти особенности убедительно говорят о том, что эукариотные клетки в целом имеют как минимум две генетические родословные, ведут начало по меньшей мере от двух родителей. Миллиарды лет назад эти органеллы были отдельными живыми простейшими организмами. Затем на каком- то этапе эволюции они соединили свою судьбу с судьбой каких-то других таких же простейших клеток, вступив с ними в тесный симбиоз, и в результате миллионолетий такого симбиоза образовали вместе с ними нынешние эукариоты. Не исключено, что даже главная отличительная характеристика этих эукариотов — наличие клеточного ядра с его мембраной, отделяющей это ядро от окружающей цитоплазмы с ее органеллами, — тоже возникло благодаря симбиозу или вследствие него: появление мембраны могло быть эволюционным шагом, предназначенным для защиты «своего» генетического материала от генов «симбионта».

«Почти миллиард лет подряд, — пишет Маргулис, — единственными существующими на Земле формами жизни были так называемые прокариоты — простейшие одноклеточные организмы, вроде бактерий и сине-зеленых водорослей, лишенные ядра. Они и сегодня являются господствующими формами жизни на нашей планете — потому, что их чудовищно много. Однако сами по себе, взятые по отдельности они не очень интересны и не очень сложны. Весь этот первый миллиард лет они просуществовали без изменений. Подлинная эволюция началась с появления эукариотов. И этот решающий шаг эволюции был вызван как раз симбиозом прокариотов различного типа».

Сегодня, благодаря работам Маргулис, мы достаточно знаем, как это произошло. Замечательным доказательством верности всех этих представлений является выявленная недавно структура хлоропластовой мембраны в одном из видов растительных клеток: эта мембрана оказалась не двухслойной, как все обычные клеточные мембраны, а четырехслойной, как и следовало ожидать для двухслойной мембраны бывшей бактерии, окутанной двухслойной же мембраной клетки, некогда «проглотившей» эту бактерию.

Сегодня уже трудно воспроизвести первые этапы этой симбиотической эволюции, но они, несомненно, были исполнены настоящего драматизма. Одни бактерии вторгались в цитоплазму других, неся на своем пути опустошения, болезни и зачастую гибель клеток-хозяев. Сосуществование жертвы и агрессора напоминало на первых порах скорее борьбу не на жизнь, а на смерть. Лишь те немногие организмы, которые по счастливой случайности выжили в ходе этой войны, ухитрились дать начало истинным симбионтам — клеткам-гибридам, внутри которых теперь уже мирно сосуществовали бок о бок уставшие от многомиллионолетних склок бывшие враги.

Симбиогенез, таким образом, на первых своих этапах больше походил на вторжение в любой организм чужеродных патогенов. Он и был таким вторжением, только со сверх благополучным исходом.

Некоторые биологи убеждены, что в клетках нашего организма дремлют древние вирусы, укрывшиеся там от бурь и перипетий предшествующей борьбы с этими же клетками. Может быть, генетический материал таких вирусов стал частью наших ДНК. Может быть, поразительная способность так называемых ретровирусов (вроде вируса СПИДа) встраивать свои гены в наши ДНК — это остаток некогда существовавшего и нарушенного симбиоза.

«Негативный симбиоз» с патогенами знает и не такие чудеса. С начала девяностых годов, когда стала развиваться техника микровидеосъемки процессов взаимодействия клеток с вторгшимися в них микробами и бактериями, многие детали этих процессов стали воочию зримыми, и эти детали вынудили специалистов прийти к выводу, что «для танго требуются двое», или, как сформулировала это на профессиональном языке доктор Джулия Теорио из Института биомедицинских исследований в Кембридже, «практически во всех случаях такого инфекционного вторжения ущерб, причиняемый им организму, является в определенной мере также и «виной» самого организма: ущерб вызывает не только сам патоген, но и спровоцированная им ошибочная реакция клетки на его вторжение».