Двигатели жизни. Как бактерии сделали наш мир обитаемым - Пол Фальковски

Избыток доступных источников энергии привел к серьезной перестройке органов чувств – в соревновательных целях и в качестве ответной реакции на развитие моторов; это произошло в форме эволюции сенсорных систем обоняния, зрения, вкуса и слуха. Животные развивали у себя все более сложные системы выбора съедобных растений или доступной добычи, а у растений развивались все более сложные системы, использующие не только отходы жизнедеятельности животных для собственного роста, но и самих животных для опыления цветов и распространения семян. Совместная эволюция растений с растениями, растений с животными и животных с животными привела к развитию адаптивной системы все возрастающей сложности и увеличению числа взаимодействий.

Для того чтобы поддерживать в стабильности систему с возрастающей сложностью, необходимо, чтобы каждый вид со временем адаптировался, иначе его старые эволюционные свойства окажутся устаревшими и вид вымрет. Почему? Потому что среда в масштабе геологического времени постоянно меняется, и естественный отбор действует так же постоянно.

Американский эколог-эволюционист Ли ван Вален в 1973 году в шутку назвал представление о том, что организмы непрерывно эволюционируют, «гипотезой Черной Королевы», памятуя об одном из эпизодов «Алисы в Зазеркалье»[4]. Исходная предпосылка ван Валена заключалась в том, что каждый конкретный вид должен «бежать на месте», чтобы поддерживать свой эволюционный тонус. Дубы, которые мы видим сегодня, не похожи на те дубы, что росли пять миллионов лет назад. Это ведет к эволюционной игре в кошки-мышки и к поддержанию разнообразия посредством относительно постепенного продвижения биологических инноваций в постоянно меняющемся экологическом ландшафте.

Биологическое разнообразие организмов имеет критическое значение для переноса генов, кодирующих ключевые, необходимые для поддержания жизни наномеханизмы, через обширные промежутки геологического времени, чреватые экзистенциальными угрозами. Однако само разнообразие также со временем меняется, и эволюция тех или иных конкретных свойств обладает способностью к адаптации лишь на протяжении коротких периодов в истории планеты. Организмы – преходящие сосуды, которыми можно пренебречь. Гены – отнюдь нет.

Один организм, появившийся в истории планеты случайно, но прошедший отбор благодаря некоторым очень специфическим чертам, очень быстро, в совсем недавнем прошлом, добился доминирующей позиции и взялся за разрушение планеты в масштабах, невиданных со времен Кислородной катастрофы 2,4 млрд лет тому назад или эволюции наземных растений около 400 млн лет тому назад. По соседству с крупными организмами со сложной системой взаимодействий люди стали новыми животными на планете и очень быстро стали новыми эволюционными большевиками. Мы склонны считать, что настолько отличаемся от других организмов, что можем игнорировать историю нашей планеты. Но так ли это?

«– У нас, – сказала Алиса, с трудом переводя дух, – когда долго бежишь со всех ног, непременно попадёшь в другое место.

– Какая медлительная страна! – вскричала Королева. – Ну а здесь, знаешь ли, приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте». – Примеч. пер.

Когда я был маленьким, мой отец летом часто водил меня гулять в Риверсайд-парк, который находился в пятнадцати минутах ходьбы от нашего дома в муниципальном микрорайоне Гарлема. Более чем за пятьдесят лет до рождения моего отца, в 1901 году, Риверсайд-парк представлял собой большое кладбище. Оно было официально открыто в 1842 году распоряжением муниципалитета города Нью-Йорка в связи с увеличением смертности, связанным с эпидемиями холеры, оспы и брюшного тифа, что привело к переполнению кладбищ ближе к центру города. И хотя распоряжение позднее позволило городу использовать Риверсайд-парк как место массового захоронения солдат, погибших в гражданской войне, имелся прецедент погребения усопших в этой земле более чем за сто лет до названного времени.

В незаметном тихом уголке, как раз напротив мавзолея генерала Гранта, стоит небольшой памятник, посвященный «возлюбленному чаду», умершему в 1797 году в возрасте пяти лет. Место погребения отмечено обнесенным оградой гранитным монументом в память Сент-Клэра Поллока. Могила находится на выступе берега, откуда открывается вид на Гудзон и береговые утесы Палисадов Нью-Джерси. В 1797 году это место, несомненно, было великолепным для упокоения – панорама, должно быть, была одной из прекраснейших во всем мире.

Я был очень болезненным ребенком и однажды провел шесть месяцев в больнице. Я выжил и с тех пор почти не болел, но потом часто вспоминал могилу «возлюбленного чада» и размышлял о том, почему раньше дети так часто умирали в столь нежном возрасте. Также я часто думал о том, как мне повезло, что я не умер в той больнице.

Мы, люди, уже долгое время сосуществуем с микроорганизмами. И хотя в какой-то степени история нашего сосуществования может показаться достаточно мирной, за мирными аспектами всегда стояла непрерывная, глубинная война между нами и микробиологическими захватчиками, эволюционно запрограммированными на наше уничтожение. Однако мы и сами обладаем парой приобретенных в процессе эволюции навыков, дающих нам некоторые преимущества в этой войне. На протяжении человеческой истории сама эта война оказала большое влияние на эволюционный путь как людей, так и микроорганизмов. Давайте рассмотрим один из таких навыков, дающих нам преимущество в противоборстве с микробами.

Развитие у нас сложной речевой системы и абстрактного мышления – один из интереснейших и важнейших навыков, отличающих нас от всех остальных животных, но лишь частично осознаваемый на механистическом уровне. Ключевым эволюционным изменением, по всей видимости, послужили две мутации на пути от нашего последнего прародителя-примата к человеку, – мутации, которые привели к изменениям в двух аминокислотах, кодирующихся геном FOXP2 на 7-й хромосоме нашего генома. Белок, кодирующийся геном FOXP2, представляет собой фактор транскрипции, контролирующий экспрессию множества генов во время развития зародыша. У людей этот ген критичен для развития нескольких областей мозга, включая центр Брока, отвечающий за речь. Мутации в ключевых зонах гена FOXP2 могут вести к потере способности говорить, членораздельно произносить слова или понимать речь. Этот так называемый языковой ген, возникший в результате небольших и незначительных с виду мутаций на пути от приматов к человеку, сыграл преобразующую роль в нашей эволюции.

Несомненно, существуют и другие гены, участвующие в способности людей говорить и сообщать друг другу сложные, абстрактные идеи, но каковы бы они ни были, именно они ответственны за эволюцию другого типа – ту, которую антропологи называют культурной эволюцией; сам я предпочитаю называть этот феномен горизонтальным переносом информации. Способность беглой передачи таких идей является исключительной и исключительно важной. Люди – единственные животные, способные передавать сложную информацию от поколения к поколению практически мгновенно. Следовательно, приобретенное знание может сохраняться без какого-либо генетического отбора. Горизонтальный перенос информации потенциально позволил людям избежать ограничения «Черной королевы». Например, если благодаря горизонтальному переносу информации мы можем контролировать наше взаимодействие с микроорганизмами, способными нас уничтожить, или выработать относительно них какую-либо жизненную стратегию, можем ли мы нанести упреждающий удар и уничтожить их первыми? И если да, то изменим ли мы таким образом эволюционный путь этих микроорганизмов?