Кислород. Молекула, изменившая мир

Когда мы оглядываемся вокруг, родство всего живого не кажется очевидным. Ну что общего у человека и шелковицы? Но, если копнуть поглубже, сходство проявляется все сильнее и сильнее. Например, последовательности ДНК человека и шимпанзе совпадают на 98,8%. И у человека, и у шимпанзе есть две ноги и две руки, голова, глаза, нос, уши, головной мозг, сердце, почки, кровеносная система и даже одинаковое число пальцев. Если не учитывать размер, многие из нас не отличат человеческую почку от почки шимпанзе. Даже в нашем поведении и манере ухаживания за партнером можно найти много общего. Кто возьмется утверждать, что это случайное совпадение? Более того, множество свойств объединяет нас с рыбами или даже с самыми первыми предками современных животных — низшими червями. Червь обладает двусторонней симметрией тела, имеет примитивное сердце, систему циркуляции крови, нервную систему, глаза, рот и анус. В отличие от растений, он движется и роет ходы в песке.

В учебниках 1950-х гг. все еще приводили список очевидных различий между растениями и животными в соответствии с классификацией Линнея, разделившего все формы жизни на царство растений и царство животных. Однако позднее эта двоичная система была заменена новой классификацией, предложенной в 1969 г. Р. Х. Уиттекером и основанной на существовании пяти царств: животные, растения, грибы, протисты (к которым относятся простейшие и водоросли) и бактерии. Новая система была удобна и проста и поэтому используется до сих пор. Но, несмотря на свои достоинства, она имеет очень серьезный недостаток. Дело в том, что разделение на пять царств основано на морфологических или поведенческих признаках организмов, а не их генетическом родстве. Представьте себе, что мы отнесем хищные растения и дятлов в одну и ту же категорию на том основании, что и те и другие являются многоклеточными и едят насекомых. На самом деле pастения, животные, грибы и протисты намного ближе друг к другу, чем кажется на первый взгляд. Но их родство проявляется на клеточном уровне, и обнаружить его можно только с помощью микроскопа. Как показывает анализ структуры клеток, представители этих четырех царств намного ближе друг к другу, чем к пятому царству — царству бактерий. Сходство между ними настолько фундаментальное, что все четыре царства объединяют в общую таксономическую гpyппy, или домен, эукариот

(что по-гречески означает «имеющий истиннос ядро»). У всех эукариот есть ядро — самый крупный элемент клетки. Ядро имеет почти сферическую форму и отделено от остального содержимого клетки — цитоплазмы — двойной мембраной. Большинство эукариотических клеток имеют размер от сотых до десятых долей миллиметра (10 — 100 мкм), хотя бывают и исключения, например, протяженность отростков нервных клеток человека достигает одного метра. Цитоплазма эукариотической клетки содержит сотни или даже тысячи микроскопических специализиpoванныx органов (органелл), таких как митохондрии (которые есть у всех эукариот) и хлоропласты (у водорослей и растений), а также многочисленные складки и стопки мембран и белковый скелет. Такое сложное устройство эукариотических клеток позволяет предположить, что они эволюционировали путем конгломерации (так оно и было), о чем мы уже говорили в главе 3.

В ядре сосредоточен генетический материал эукариотической клетки — аморфный хроматин, состоящий из спиралей ДНК, обернутых вокруг белкового каркаса. При делении эукариотической клетки сначала происходит репликация ДНК, а затем хроматин конденсируется, образуя две плотные спирали (хромосомы), которые расходятся в стороны с помощью белкового каркаса и образуют два новых ядра. Изучение структуры генов эукариот преподнесло один из величайших сюрпризов в молекулярной биологии конца прошлого столетия. ДНК эукариот вовсе не является линейной кодирующей последовательностью, состоящей из генов, как ожерелье из бусин (так думали раньше, и так устроена бактериальная ДНК), а имеет прерывистую структуру, в которой гены составляют лишь несколько процентов. У большинства эукариот ДНК «состоит из кусочков»: гены белков чередуются с длинными некодирующими последовательностями ДHK, да и сами гены тоже прерываются участками, как кажется, бессмысленной ДНК. Бóльшая часть этой лишней ДНК, по-видимому, является «мусорной» и реплицируется клеткой, не принося ей никакой пользы. Какая-то часть — «обломки затонувших кораблей», фрагменты генов, измененных до неузнаваемости под действием мутаций, как нефункциональный человеческий ген витамина С[46]. Можно сказать, что эукариоты — клетки «с истинным ядром» — живут не под своим именем. Если бы мы придумывали им название сегодня, слово «истинный» следовало бы немедленно исключить. Эукариоты буквально «сотканы из лжи», в том смысле что они — совсем не то, чем представляются.