Живое и неживое. В поисках определения жизни - Карл Циммер

синтеза соответствующих белков. А время от времени митохондрия размножается таким же способом, как бактерии: образует перетяжку посредине и делится на две новые митохондрии, у каждой из которых собственная кольцевая ДНК.

Разгадка тайны митохондрий лежит в глубине нашей истории. Два миллиарда лет назад их предки были свободноживущими бактериями. Но их поглотила более крупная клетка, и два вида образовали партнерство. В обмен на АТФ митохондрии получили убежище. Так как им уже не требовалось выживать самостоятельно, митохондрии утратили большинство своих генов, но не все. И подобно своим предкам-бактериям они не потеряли способности делиться.

Просмотрите типичный список критериев живого, и окажется, что митохондрии соответствуют большинству из них – даже большему числу, чем эритроциты. Тем не менее они не способны существовать вне клетки-хозяина. Они не умеют самостоятельно питаться. Они не могут самостоятельно строить ДНК или белки. Безусловно, когда-то митохондрии были живыми существами, но теперь трудно сказать, во что они превратились. Называть их мертвыми ну никак нельзя, так как от них зависит наша собственная жизнь.

Но, может быть, митохондрии и эритроциты настолько малы, что их можно не принимать в расчет? С глаз долой – из сердца вон? Однако некоторые из парадоксов живого доступны невооруженному глазу. В 1948 г. Альберт Сент-Дьёрдьи ловко подметил, что если определять жизнь через самовоспроизводство, то тогда отдельно взятый кролик неживой. Ведь одинокий кролик неспособен произвести других кроликов. Судя по тому, что самовоспроизводство остается критерием живого, многие ученые проигнорировали замечание Сент-Дьёрдьи. Можно проявить снисходительность и посчитать, что люди, выдвигавшие это определение, решили, что Сент-Дьёрдьи просто играл словами. Неважно, способен ли размножаться один кролик, ведь он принадлежит к виду, представители которого размножаются.

Но природа, как оказалось, умеет вредничать еще сильнее, чем Сент-Дьёрдьи.

В 1920-е гг. супружеская чета натуралистов, Карл и Лаура Хаббс, путешествовала по Мексике и Техасу, отлавливая рыб. Супруги изучали добычу в мельчайших подробностях, вплоть до полос, крапинок и лучей плавников. Столь любовное, скрупулезное внимание позволило им установить, что многие виды пресноводных рыб появились вследствие гибридизации. Два вида скрещивались, и теперь получившиеся гибриды могут скрещиваться лишь между собой. Однако один из этих гибридных видов – Poecilia formosa, родич гуппи – оказался весьма и весьма особенным.

«Среди 2000 обследованных экземпляров из Тамаулипаса и Техаса не встретилось ни одного самца»[297], – сообщали Хаббсы. Они назвали этих рыбок моллинезиями-амазонками, но не в честь реки, а по имени воительниц из античной мифологии.

Моллинезии-амазонки появились около 280 000 лет назад при гибридизации двух видов рыб – атлантической моллинезии и парусной моллинезии. Однажды возникнув, новый вид не оставляет своих прародителей. Ныне моллинезии-амазонки всегда обитают бок о бок либо с атлантическими, либо с парусными моллинезиями. Как будто выживание вида зависит от этого соседства.

Чтобы понять смысл этих закономерностей, Хаббсы доставили представителей всех трех видов в свою лабораторию в Мичиганском университете. Они запустили рыбок в аквариумы и предоставили природе взять свое. Самки моллинезий-амазонок спаривались с самцами как атлантических, так и парусных моллинезий. Они откладывали икру, из которой вылуплялись только моллинезии-амазонки. И, в полном соответствии с названием, все потомство амазонок было женского пола.

«Хотя выводки были большими и их было множество, – отметили Хаббсы, – в них не оказалось ни одного самца».

В середине XVIII в. Абраам Трамбле изучал способность самок тлей размножаться без самцов, порождая линию дочерей и внучек. Впоследствии были открыты и другие беспозвоночные, которые могли плодиться подобным девственным образом – партеногенетически. Их яйца самопроизвольно развивались в зародыши, безо всякой нужды в самцовой сперме. А когда прошло два столетия и Хаббсы занялись моллинезиями-амазонками, было обнаружено, что позвоночные тоже бывают партеногенетическими.

Однако, в отличие от тлей, моллинезии-амазонки нуждаются в спаривании с самцами. Как показали дальнейшие эксперименты, сперматозоиды самцов добираются до яйцеклеток моллинезий-амазонок и сливаются с ними, впрыскивая внутрь свои гены. Но отцовские и материнские гены не собираются в новый геном. Вместо этого ферменты яйцеклетки разрывают ДНК самца, который так и не станет отцом. Все, что нужно этой рыбке от самца – триггер, который заставит ее яйцеклетки развиваться в эмбрионы.

Вот почему моллинезии-амазонки представляют собой проблему для тех, кто хотел бы четко отграничить живое от неживого. Одна моллинезия-амазонка неспособна размножаться. Но и две неспособны. Более того, моллинезии-амазонки как вид не могут дать потомство самостоятельно. Эти рыбки – половые паразиты[298], в размножении зависимые от других видов. Если живое следует определять через способность вида к самовоспроизводству, тогда эти на первые взгляд заурядные рыбки оказываются на пограничье.

Разумеется, моллинезии-амазонки существуют не совсем уж отдельно от более типичных форм жизни. Они, в конце концов, произошли от других моллинезий, обладающих всеми привычными признаками живого. То же относится и к остальным обитателям пограничья, представителям полужизни, которых мы наблюдаем сейчас. Митохондрии произошли от банальной морской бактерии, которую просто по случайности вобрал в себя наш одноклеточный предок – так началось ее сумеречное существование длиной в 2 млрд лет. Даже родословная вирусов нередко возводится к бродячим фрагментам паразитической ДНК, возникшим в обычных организмах.

Но, если отодвинуться назад во времени еще дальше, примерно на 4 млрд лет, все живое уступит место полуживому, а затем и неживому.

Данные для проекта

Дэвид Димер смотрел в кратер и чувствовал себя так, словно попал в эпоху младенчества Земли. Чтобы добраться сюда, ему понадобилось несколько дней – сначала самолетом из Калифорнии на Аляску, затем через Берингов пролив на восточную оконечность России. В Петропавловске-Камчатском Димер с группой американских и российских ученых погрузился на старый уазик и пять часов ехал до расщелины каньона. Команда вошла в каньон пешком по раскисшей тропе, которая в конце концов привела их по склону на вершину сопки Мутновской – действующего вулкана. Это было в 2004 г. Последний раз Мутновская сопка извергалась в 2000 г.

В свои 65 лет Димер обладал ростом Линкольна и лысиной Эйзенхаэура. Обходя нависшие валуны, он пробирался мимо пепла и застывших потоков лавы. На фоне горизонта были видны торчащие неподалеку пики других вулканов. Поднявшись еще на 600 м, Дэвид и его коллеги оказались у края кратера Мутновской. Здесь, на покрытом черно-серыми породами участке, ничего не росло. Из-под земли с ревом вырывался пар. Димер надел респиратор и спустился в пропасть. Следующие несколько дней коллектив ученых занимался обследованием кратера вулкана и его краев. Исследователи собрали образцы воды и грязи. А затем Димер приступил к эксперименту.

Его лабораторным столом стало поле бурлящих горячих источников с тухлым запахом сероводорода. В качестве экспериментальной реторты Димер выбрал себе лужу размером с небольшую дорожную яму. Вода в ней, кислая, как уксус, была полна взвеси беловатой глины. Посреди лужи в этой взвеси пробулькивал столбик пузырьков.

Поднимаясь на вулкан, Димер захватил с собой порошок жизни, приготовленный им еще в