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

в море Кортеса и безуспешно пытаясь заставить компьютерные программы сказать мне, что же это за странные микробы, я, возможно, исследовала одного из самых первых прямых потомков того хозяина, что поглотил альфа-протеобактерию и в итоге стал человеком. Вот почему нас так интересовали эти микробы с невыразительными названиями MGB-B/DSAG/MHVG[62]. Вдруг они сохранили какие-то признаки той первой ступени перехода к эукариотической жизни на нашей планете?

И вот почему меня так взволновало, когда Кэтрин Книттель показала, что эти микробы образуют маленькие кластеры с другими клетками. Быть может, склонность этих микробов сбиваться в кучки способствовала тому, что некоторые из них вступили в связь с альфа-протеобактериями и положили начало пути, приведшему к нашему появлению на свете. Однако сложно узнать своих “прабабушек” по единственному гену и нескольким фотографиям. К сожалению, почти два десятка лет у нас не было ничего другого. Но затем, в 2015 году, Аня Спанг и Тийс Эттема из Уппсальского университета в Швеции впервые полностью прочли геном этих загадочных организмов3. Они дали им полное, а не сокращенное название (за что все ученые вроде меня чрезвычайно им благодарны): они окрестили их Lokiarchaeota – по названию гидротермального источника “Замок Локи”, где их обнаружили (а не в честь скандинавского бога Локи).

Когда ученые сравнили геном локиархей с геномами других организмов, они выявили удивительное сходство с нашей линией – эукариотами. Такое близкое родство с нами позволяет предположить, что они действительно могут быть прямыми потомками наших древних предшественников. Кроме того, ученые из Швеции обнаружили в геноме этих клеток особенности, которых никогда раньше не замечали в геноме прокариот. Одно из важнейших различий между эукариотами (людьми, растениями, грибами и так далее) и прокариотами (бактериями и археями) заключается в том, что мы, эукариоты, способны перемещать внутриклеточные вещества по маленьким конвейерным лентам с помощью специализированных белков. У локиархей гены таких белков есть, и это еще одно доказательство, что они с нами в одной команде. Еще исследователи нашли гены, которые, вероятно, позволяли клеткам локиархей обмениваться водородом со своими эндосимбионтами (возможно, с протомитохондриями), а также поверхностные структуры, вероятно, помогавшие прикрепляться к дружественным клеткам альфа-протеобактерий.

Чтобы больше узнать об этих интересных существах и об их внутренней организации, ученым нужны более качественные изображения. Но единственный способ получить такие изображения – научиться культивировать локиархей. Несмотря на все усилия по культивированию микроорганизмов из гидротермальных источников, локиархей ни разу не удавалось вырастить в лаборатории… до 2020 года.

Попытки культивировать локиархей начались в 2006 году, примерно за десять лет до того, как Спанг и ее коллеги объявили о расшифровке первого генома Lokiarchaeota. Хироюки Имати и его коллеги из JAMSTEC решили опробовать новый метод выращивания. Они сконструировали специальную камеру размером со шкаф и развесили в ней на нейлоновых нитях кусочки стерильных кухонных губок. Губки обмакивали в жидкость из глубоководных гидротермальных источников у берегов Японии. А потом на верхнюю губку медленно капали средой для роста клеток. Когда первая губка насыщалась, жидкость томительно долго стекала на вторую губку и так далее. А ученые терпеливо ждали. Через четырнадцать лет японские ученые сообщили о получении первой культуры локиархей, которую им удалось сфотографировать с высоким разрешением4.

Результаты оказались такими, о каких ученые могли лишь мечтать: выяснилось, что от каждой маленькой клетки локиархей отходят крупные отростки. Подключите воображение и представьте, как такая клетка обхватывает своими щупальцами альфа-протеобактерию, заглатывает ее и в конечном итоге превращается в… жирафа. Я дистанционно смотрела выступление Хироюки, когда он рассказывал о своей работе во время получения награды за это открытие от китайского Международного центра исследований глубоководной жизни. Он отметил, что состав культуральной среды отчасти определялся результатами некоторых моих исследований, и я была очень горда, что хотя бы косвенно способствовала его научным достижениям. Новый микроорганизм был назван Prometheoarchaeum syntrophicum в честь греческого бога Прометея, который вылепил людей из глины и даровал им огонь (название вполне подходящее, если мы правильно полагаем, что эти клетки были предшественниками всех эукариот и дали нам огневую мощь митохондрий). Тот факт, что мы вновь и вновь находим локиархей в гидротермальных источниках, похоже, подтверждает, что древнейшие ветви на древе жизни зародились в этой среде. Однако мы не можем отправиться на миллиард лет назад и проверить эту гипотезу. В поисках источника жизни нам приходится мириться с некоторой степенью неопределенности, особенно в отношении наиболее сложных вопросов. В этой главе я рассказала о нескольких возможных сценариях, описывающих, где и как зародилась жизнь. А теперь перейдем к более сложным вопросам. Когда и почему возникла жизнь?

Глава 10

Равновесие – это смерть

Как я расскажу далее, чтобы определить время появления ранних форм жизни на Земле, мы можем использовать окаменелости, и это позволяет нам начать отвечать на вопрос, когда зародилась жизнь. Ответить же на вопрос, почему это произошло, гораздо труднее. Для этой цели нам в большей степени придется опираться на гипотезы, чем на факты, и эти гипотезы приводят нас к неожиданному заключению, что жизнь и отсутствие жизни – единый континуум, а не два несвязанных состояния. Давайте разбираться.

Когда возникла жизнь?

Когда наш мир из места, где нет ничего живого, превратился в место, где кто-то живет? Должно быть, невероятный был день. Если бы мы нашли окаменелые остатки первых форм жизни на нашей планете, мы смогли бы понять, когда это произошло. Было бы здорово отколоть кусок горной породы и найти физические доказательства происхождения жизни так же легко, как мы нашли скелет Tyrannosaurus rex. Однако T. rex появился сравнительно недавно, менее ста миллионов лет назад, и поэтому его остатки все еще можно обнаружить. А мы охотимся за чем-то, что существовало на Земле миллиарды лет назад, причем не имело костей. Мы находим древнейшие окаменелости, напоминающие бактерий, так называемые микроокаменелости, однако их трудно различить на фоне минеральных отложений. В охоте за первыми формами жизни мы ориентируемся как на микроокаменелости, так и на химические окаменелости.

Один из самых важных химических следов, которые мы находим в поисках источников жизни, – изменение изотопного состава образцов. Изотопы – это атомы одного и того же элемента, различающиеся только количеством нейтронов в ядре. Если вы взглянете на периодическую таблицу, то, прищурясь, обнаружите под символом каждого элемента число, напечатанное мелким шрифтом. Это атомная масса, учитывающая совокупность всех нейтронов и протонов в ядре каждого элемента[63]. Может показаться странным, что почти во всех случаях это