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

поверхностью океана. Сбор таких образцов уже сам по себе достижение. Далее исследовательницы добавили к ним воду с различными химическими метками, чтобы проследить, как быстро микробы включат эти метки в свои клетки в процессе производства новой биомассы9. И они действительно увидели, что клетки захватывают химические вещества, хотя и чрезвычайно медленно: большинство клеток поглощало лишь от 0,001 до 0,1 фемтограмма[52] углерода в сутки. Если учесть, что в клетках из морских отложений содержится в среднем от 19 до 31 фемтограмма углерода10, это означает, что обновление биомассы клетки (опять-таки без производства дочерних) занимает от полугода до восьмидесяти четырех лет. И это прямое доказательство полностью подтверждает предсказания, основанные на термодинамике.

У нас есть и другие прямые подтверждения того, что клетки в морских отложениях долгое время находятся в состоянии покоя. Мы знаем, с какой скоростью нарастают слои отложений по вертикали, и понимаем, что клетки в более глубоких слоях (или их потомки, если клетки делились) были захоронены раньше. Если бы эти клетки давали начало дочерним, а не только заменяли себе отдельные элементы по мере необходимости, за много сотен поколений появились бы генетические модификации, и мы обнаружили бы их в поверхностных отложениях на глубине нескольких метров. Однако они не делятся. Мы не нашли никаких генетических отличий у микробов из разных слоев11.

Но мы знаем, что клетки живы, поскольку видим, как их дыхание влияет на их химическое окружение, а также видим, что они сохраняют целостность и не повреждены. Таким образом, клеточная биомасса обновляется, но это происходит лишь за счет периодической замены отдельных элементов: липид за липидом, нуклеотид за нуклеотидом, так что примерно за полстолетия обновляются все молекулы. Клетки не делятся и не производят потомства, но сами выживают на протяжении тысяч или даже сотен тысяч лет. Итак, у нас есть прямые доказательства гипотезы, основанной на термодинамических законах: микроорганизмы в глубоких слоях отложений живут тысячи лет или дольше, не производя новых клеток. Это невероятно, но, судя по всему, чистая правда. И перед нами встает следующий сложный вопрос: учитывая важную роль потомства в процессе эволюции, как эволюционирует организм, который тысячелетиями, а то и дольше не производит потомства?

Как эволюционирует организм, не размножающийся тысячелетиями?

Для ответа на этот сложный эволюционный вопрос сначала нужно порассуждать о том, что происходит с такими организмами на протяжении их жизни. Таким медленным организмам нет дела до длительности светового дня. Они закопаны так глубоко, что не воспринимают солнечный свет. Вероятно, они не замечают даже смену времен года. Но их могут касаться иные, более медленные геологические изменения: открытие и закрытие океанических бассейнов в результате движения тектонических плит, подъем и опускание новых островов или возникновение новых течений при медленном образовании трещин в земной коре. Как нас учили в школе на уроках биологии, эти процессы являются движущей силой в эволюции видов, а не отдельных особей. Так, новые формы клюва у дарвиновых вьюрков появились по той причине, что птицы оказались изолированными на отдельных островах, где питались семенами специфической формы. Эти изменения произошли за геологический отрезок времени, сопоставимый со временем образования островов, однако на уровне видов, а не отдельных птиц. Впрочем, мы знаем, что индивидуальные особи тоже могут меняться в соответствии с изменениями окружающей среды. Каждую весну, когда тает снег, окраска меха песцов меняется с белой на бурую. Многие люди (к сожалению, ко мне это не относится) просыпаются утром в одно и то же время без будильника. Вероятно, людям и животным разумнее следовать суточным и годовым ритмам, чем подстраиваться под чередование ледниковых эпох. Кажется бессмысленным адаптироваться к изменениям, происходящим в более длительных временных рамках. Смешно полагать, будто какой-то вьюрок научится плавать, поскольку интуитивно почувствует, что его остров через сотню тысяч лет погрузится в океан. Или будто жук из пустыни Гоби будет размножаться только при наличии в его рационе семян из амазонских дождевых лесов, поскольку он появился на свете миллионы лет назад, когда Южная Америка и Африка были слиты воедино, и его ДНК предписывает ему размножаться, когда этот тектонический провал закроется. Для животных такие сценарии нелепы, однако они могут иметь смысл для обитателей земных недр. Организм, живущий миллионы лет, вполне может быть настроен на восприятие медленных процессов вроде оседания островов, как мы настроены на ожидание завтрашнего восхода солнца. Чтобы понять принципы существования обитателей земных глубин, вероятно, нам следует переосмыслить суть эволюционных сигналов.

Тот факт, что некоторые клетки существуют в состоянии покоя очень длительное время, заставляет прояснить два важных вопроса. Отсутствие деления клеток на протяжении тысячелетий – это результат адаптации микробов или результат случайных событий? И если это результат адаптации, то как вообще эволюционируют организмы, которые как будто бы никогда не производят потомства?

Давайте переформулируем первый вопрос так, чтобы рассмотреть его в контексте дарвиновской эволюции. Приспособились ли эти микробы в ходе эволюции к тому, чтобы пребывать в состоянии покоя тысячи или миллионы лет, или же просто оказались в таком положении, поскольку клеткам не нужны никакие специфические адаптации для такой долгой жизни? По моему мнению, вряд ли можно прожить сотни тысяч лет, не имея никаких адаптаций. Для столь долгой жизни требуется слишком много физиологических изменений, чтобы это было просто побочным эффектом жизни в “нормальном”, быстром ритме. Кроме того, если такой способ существования возник случайно, где-то должны жить обычные аналоги этих микроорганизмов. Однако мы редко находим где-нибудь еще таких микробов, как в морских отложениях. Это не обычные морские организмы, которые счастливо плавают в толще воды, делятся и растут, а потом падают на дно и забывают умереть. Судя по всему, большинство из этих весьма разнообразных групп микробов существуют только в морских отложениях12. Следовательно, там они подвергались такому же отбору, как попугаи в дождевых лесах. Действительно, мы видим, что с увеличением глубины в слоях морских отложений появляются микробы со специфическими ферментами для переработки доступных субстратов, что указывает на вероятность их адаптации к данной среде13. Кроме того, микробы из подповерхностных слоев отложений имеют адаптации, способствующие очень медленному метаболизму и делению14. А это означает, что они каким-то образом подготовлены эволюцией к такому длительному существованию при отсутствии роста.

Но есть одна загвоздка. В соответствии с дарвиновской теорией естественного отбора, чтобы эволюционировать, клетки должны расти и воспроизводиться. Естественный отбор происходит по той причине, что в процессе репродукции в клетках возникают мутации. Если мутация полезная, она дает организму преимущество, его потомство выигрывает у