Обитатели земных глубин. О самых странных существах на планете - Карен Ллойд

href="ch2.xhtml#id7">[26] и бактерии объединялись в царство монер, поскольку считалось, что они составляют единую ветвь древа жизни, эквивалентную остальным четырем ветвям. Такое деление на пять царств стало доминирующей концепцией и вошло в большинство учебников биологии.

Однако в конце 1980-х Карл Вёзе (1928–2012) и его коллеги поняли, что деление на пять царств ошибочно2. Они провели секвенирование генов из организмов, которых называли метаногенными бактериями (а теперь их называют метаногенными археями или просто метаногенами), использовав гены 16S рРНК, что побудило меня и моих коллег использовать эти же гены в нашей работе через несколько десятилетий. Сравнив эти последовательности с последовательностями из “обычных” бактерий, таких как E. coli, они обнаружили удивительно слабое сходство. Считалось, что эти организмы относятся к одному царству, однако родство между ними оказалось не ближе, чем между ними и людьми, растениями или грибами. Археи представляли собой нечто совершенно новое. И поэтому Вёзе предоставил им отдельную ветвь на древе жизни и назвал их доменом, так он и его коллеги обозначали таксономические группы, расположенные выше царств. Затем он поместил бактерий на другую ветвь и назвал их вторым доменом. И наконец, объединил остальные четыре царства (по сути, всех видимых обитателей Земли) в третий домен – эукариот. Наверное, вы понимаете, что это понравилось не всем биологам.

Многих ученых чрезвычайно раздражал такой захват древа жизни микроорганизмами. В 1998 году биолог Эрнст Майр (1904–2005), протестуя против классификации Вёзе, выразил мнение многих своих коллег:

Геном эукариот на несколько порядков превосходит геном прокариот [архей и бактерий]… И это касается не только генетической программы для ядра и митоза, но и способности к половому размножению, мейозу и созданию невероятного органического разнообразия, представленного медузами, бабочками, динозаврами, колибри, дрожжами, гигантскими водорослями и гигантскими секвойями. Я не понимаю, как можно пренебречь всем этим и утверждать, будто разница между двумя типами бактерий имеет такой же масштаб, как разница между прокариотами и удивительным миром эукариот3.

Он был прав. Разглядывая под микроскопом две маленькие точки, трудно поверить, что они имеют между собой меньше общего, чем гриб и павиан, или дерево и акула, или слизевик и мой дядюшка, а ведь все они относятся к эукариотам.

Но теперь нам известно, что Майр кое-чего не знал. Дело в том, что он не учитывал фактор времени. Клетка бактерии и клетка археи под микроскопом похожи друг на друга, однако они эволюционировали независимым образом миллиарды лет. Напротив, большинство многоклеточных форм жизни, которые, как считал Майр, являются ярчайшим проявлением диверсификации, эволюционировали лишь около полумиллиарда лет. Этого времени достаточно, чтобы создать сотню вариантов ног, отрастить крылья или научиться выбрасывать желудок через рот, чтобы поймать ужин и засосать его вместе с желудком обратно внутрь тела (так делают черви сипункулиды), но все это лишь косметические модификации. Гораздо более внушительная эволюционная пропасть лежит между умением дышать кислородом (как делают 100 % многоклеточных эукариот) и умением дышать различными химическими соединениями (как бактерии и археи), поскольку для изменения способа дыхания требуются модификации основных принципов функционирования жизни.

Сам факт, что археи и бактерии начали эволюционировать на три миллиарда лет раньше, чем животные, позволяет предположить, что на их долю приходится максимальное разнообразие жизни на Земле. Но в 1998 году было трудно согласиться, что микробы занимают доминирующее положение по разнообразию среди всех живых организмов. Майр продолжал: “Насколько я понимаю, на сегодняшний день описано лишь около 175 различных видов [архей]. Вполне вероятно, что в ходе будущих исследований удастся обнаружить тысячи, но вряд ли больше. Нам известно приблизительно 10 тысяч [бактерий]. А число видов эукариот, судя по всему, превышает 30 миллионов. Иными словами, оно на несколько порядков больше”4.

Мне немного неловко критиковать Эрнста Майра. Он не мог воспользоваться достижениями революции в изучении ДНК, которые доступны нам теперь, а самого его уже нет, так что защищаться он не может. Если бы в 1998 году я не была девятнадцатилетней студенткой, ведрами поглощавшей “Гиннесс” во время обучения в Ирландии, а оказалась в его положении, вполне возможно, я пришла бы к таким же выводам. Однако теперь мы обладаем мощными методами секвенирования, а не теми слабыми возможностями, какие были у Вёзе, и мы точно знаем, что количество видов бактерий и архей составляет как минимум десятки миллионов (Майр считал, что это невозможно), а их реальное число почти наверняка на несколько порядков больше. Теперь количество известных нам бактерий и архей превышает количество эукариот.

Конечно, для корректного сравнения нужно дать определение термину “вид”, которое было бы применимо ко всем доменам, однако у нас такого определения нет. В настоящее время видом растений или животных называют группу организмов, которые не могут производить потомство с представителями других групп половым путем. Да, львы и тигры, в принципе, могут скрещиваться и производить на свет очаровательных детенышей, однако в естественных условиях они не спариваются, а значит, относятся к разным видам. К сожалению, это определение неприменимо к археям, бактериям, протистам и грибам, которые преимущественно размножаются бесполым путем, то есть без участия партнера[27]. В микробиологии определение вида основано на способах функционирования или генетических особенностях. Обычно у представителей одного вида более 70 % генома должны быть идентичны, а гены 16S рРНК должны совпадать более чем на 97 %[28]. Если применить такое правило к животным, количество их видов резко сократится, поскольку у всех животных значительная часть ДНК фактически одинакова. Все мы, представители ветви животных на древе жизни, дышим кислородом и питаемся органическими соединениями углерода, и поэтому наши геномы не так разнообразны, как у бактерий и архей. Учитывая эти объективные различия в определениях вида в мире микробов и в мире животных и растений, пока сложно сравнивать между собой эти домены.

Альтернативный способ подсчитать группы организмов в каждом из трех доменов заключается в том, чтобы рассмотреть более высокий уровень таксономической классификации, чем вид, – например, тип. Таксономическая иерархия строится следующим образом: домены, царства, типы, классы, порядки, семейства, рода и виды. К счастью, теория трех доменов не меняет этот порядок, а просто вводит уровень “доменов” и располагает его выше уровня “царств”. Эта иерархия помогает понять, как давно родственные ветви разошлись друг от друга. Два вида могли разделиться сравнительно недавно – к примеру, всего несколько сотен лет назад. Напротив, два типа должны были разделиться миллиарды лет назад. Поскольку с течением времени эволюционные изменения накапливаются, два вида одного и того же рода должны походить друг на друга в большей степени, чем