Требуется сборка. Расшифровываем четыре миллиарда лет истории жизни – от древних окаменелостей до ДНК

Каждый новый вид организмов, который Цукеркандль и Полинг добавляли к своему списку, дополнительно прояснял предсказание Дарвина. Последовательности белков человека и шимпанзе имели больше общего друг с другом, чем с белком коровы. Молекулы гемоглобина всех млекопитающих были похожи друг на друга больше, чем на гемоглобин лягушки. Цукеркандль и Полинг подтвердили, что могут определять родство между видами и эволюционную историю жизни в целом на основании последовательностей белков.

Двое ученых использовали свою идею, чтобы сделать еще один шаг вперед и провести важный мысленный эксперимент. Не может ли быть, рассуждали они, что белки на протяжении долгого времени эволюционируют с какой-то постоянной скоростью? Если это так, то чем сильнее различаются белки двух видов организмов, тем больше времени эти два вида эволюционировали независимо, отделившись от общего предка. Если следовать этой логике, причина большего сходства между белками человека и обезьян по сравнению с белками лягушек заключается в том, что люди и обезьяны разошлись от общего предка намного позднее, чем они разошлись от общего предка с лягушками. И все это вполне соответствует данным палеонтологии: общий предок людей и обезьян среди приматов жил позднее, чем их общий предок с лягушками среди земноводных.

Если, как предположили Полинг и Цукеркандль, белки эволюционировали с постоянной скоростью, на основании различий в последовательности белков можно рассчитать время расхождения видов от общего предка (метод подробнее обсуждается на с. 260). Белки из организмов разных видов могут служить в качестве своеобразных часов для анализа эволюции: для определения времени в истории жизни не понадобятся ни камни, ни окаменелости. Эта идея, казавшаяся такой “вопиющей” в момент ее появления, теперь известна как идея “молекулярных часов” и часто используется для определения возраста разных видов.

Цукеркандль и Полинг предложили совершенно новый путь исследования истории жизни. Больше ста лет историю жизни расшифровывали путем сопоставления древнейших окаменелостей. Но теперь, зная структуру белков разных животных, Полинг и Цукеркандль могли анализировать эволюционные связи между видами. Это было золотое дно, поскольку в телах содержатся десятки тысяч белков. Белки разных видов организмов могут быть так же информативны, как окаменелости. Но эти “окаменелости” прячутся не в камнях – они содержатся в каждом органе, ткани и клетке каждого живущего на планете существа. Если знаешь, как смотреть, можешь открыть историю жизни в любом хорошем зоопарке или аквариуме. Теперь стало возможным узнавать историю любых существ, даже тех, чьи окаменелости пока оставались ненайденными.

Передающаяся из поколения в поколение ДНК содержит информацию для построения белков и, следовательно, всего тела. Живые существа и их тела появляются и исчезают, но молекулы обеспечивают непрерывную связь через века. Чем больше мы анализируем эту связь, тем больше узнаем о родстве между всеми живыми организмами.

Публикация статьи Цукеркандля и Полинга в юбилейном номере журнала в начале 1960-х годов положила начало новому направлению в изучении истории с помощью молекулярных методов. Но реакция научного сообщества на эту статью не позволяла предугадать ее значение в будущем. “Систематики ее ненавидели. Биохимики считали бесполезной”, – вспоминал Цукеркандль через 50 лет после выхода статьи. Систематики, палеонтологи и все, кто анализировал анатомические структуры, с неприязнью отнеслись к новой идее. Эти области исследований теряли монополию в изучении эволюционной истории. Цукеркандль и Полинг показали, что практически любая молекула тела живого существа может рассказать о событиях в прошлом. Палеонтологи предполагали, что статья угрожает их существованию, а биохимикам она казалась бессмысленной. По их мнению, эволюционные исследования были болотом: серьезные ученые изучали структуру белков, болезни и функции организма, а не родство между человеком и лягушкой.

Молекулярная революция

Между химическими реакциями и научными идеями есть нечто общее: и для того и для другого обычно нужен катализатор. С подачи одного человека на идеях Цукеркандля и Полинга сформировалось целое сообщество ученых, по-новому взглянувших на изучение истории жизни.

В начале 1960-х годов талантливый математик из Новой Зеландии Аллан Вильсон (1934-1991) занялся биологией и пришел работать на биохимический факультет Калифорнийского университета в Беркли. Это было беспокойное время в университетских городках, а в Беркли особенно, и Вильсон стал одним из наиболее активных в политическом плане профессоров университета. Во всем, что он делал, ему нравилась идея разрушения – до такой степени, что для его студентов политические протесты были вариантом лабораторных семинаров.