Рассказ предка. Паломничество к истокам жизни

Большая часть углерода в мире представлена в виде стабильного изотопа углерод-12. Примерно одна миллион-миллионная часть углерода представлена нестабильным изотопом углерод-14. Поскольку период полураспада углерода измеряется тысячами лет, весь углерод-14 на Земле давно превратился бы в азот-14, если бы не возобновлялся. К счастью, некоторое количество атомов азота-14, самого распространенного в атмосфере газа, непрерывно превращается, в результате бомбардировки космическими лучами, в углерод-14. Скорость образования углерода-14 примерно постоянна. Большая часть углерода в атмосфере (углерода-14 и более распространенного углерода-12) химически связана с кислородом в виде углекислого газа. Этот газ поглощается растениями, которые используют атомы углерода для построения тканей. Растения не делают различий между углеродом-14 и углеродом-12 (их интересуют химические, а не ядерные свойства атомов). Поэтому оба изотопа одинаково хорошо усваиваются растениями.

Растения служат пищей животным, которых, в свою очередь, едят другие животные. Поэтому углерод-14 (в определенной пропорции к углероду-12) распространяется во всей пищевой цепи. По сравнению с периодом полураспада углерода-14 это происходит довольно быстро. Эти два изотопа присутствуют во всех живых тканях примерно в том же соотношении, что и в атмосфере: один к миллиону миллионов. Конечно, они иногда превращаются в атомы азота-14. Но постоянная скорость их превращения компенсируется непрерывным обменом с постоянно обновляемым через пищевую цепь атмосферным углекислым газом.

Однако в момент смерти организма все меняется. Мертвый хищник выпадает из пищевой цепи. Мертвое растение больше не получает углекислого газа из атмосферы. Мертвое травоядное больше не ест. Углерод-14 в трупе животного или в мертвом растении продолжает превращаться в азот-14, но запасы его больше не пополняются из атмосферы. Таким образом, соотношение углерода-14 и углерода-12 в мертвых тканях начинает снижаться с периодом полураспада 573° лет. Для нас важность этого процесса заключается в том, что мы получаем возможность узнать время смерти животного или растения, измерив соотношение углерода-14 и углерода-12. (Именно так ученые доказали, что Туринская плащаница не имеет отношения к Иисусу: она изготовлена в средневековье.) Датирование углеродом-14 является замечательным инструментом для определения возраста относительно недавних образцов. Однако для совсем древних событий этот метод не годится, поскольку за относительно недолгое время почти весь углерод-14 превращается в углерод-12, а того, что остается, недостаточно для точных измерений.

Существуют и другие методы абсолютного датирования. Постоянно появляются новые. Это позволяет охватить огромный временной диапазон. Кроме того, разные методы можно использовать для перепроверки: если датировка подтверждается несколькими методами, с ней сложно спорить.

Остальные эукариоты. Филогения оставшихся эукариот (ок. 50 тыс. описанных видов) имеет очень низкое разрешение. Затемненные линии указывают на высокий уровень неопределенности. Ветвь хромальвеолят часто делят на ветви хромист (гетероконт) и альвеолят.

На рис. (слева направо): кишечная лямблия (Giardia lamblia), Euglena acus, фораминифера (Globigerina), Ecklonia radiata.

Рандеву № 37 Неопределенное

Не будь он так вертляв и мал,Я бы для вас его поймал.И вы бы увидали самиМикробью мордочку с усами,Узор пятнистый вдоль хребта,Шесть быстрых ног и три хвоста…Увы, задача нелегкаУвидеть шустрого зверька.Ведь без очков и без лорнетаНепросто различить все это.Но нам о нем расскажут строгиеПрофессора по зоологии.Нельзя ж кому-нибудь на светеПозволить сомневаться в этом.Х. Беллок

Хилэр Беллок был блестящим поэтом, однако предвзятым человеком. Поэтому не будем подыгрывать антинаучному предубеждению. В науке есть много такого, в чем мы не уверены, однако преимущество научного типа мировоззрения в том, что мы сознаем свою неуверенность и нередко можем количественно ее оценить – а после постараться ее уменьшить.

Сейчас мы вступаем в мир микробов и в царство неуверенности. Эта неуверенность касается не столько самих микробов, сколько порядка, в котором к нам присоединяются разные их группы. Я мог бы, конечно, выдвинуть предположение, но это было бы несправедливо по отношению к другим рандеву, в которых мы хоть в какой-то степени уверены. Если бы публикация этой книги задержалась на пару лет, наши шансы найти ответ на вопрос были бы выше. Но пока давайте считать стихотворение Беллока чем-то вроде предостережения. Мы знаем, кого должны встретить во время двух-трех следующих рандеву, но не знаем, в каком порядке. Не уверены мы и в количестве рандеву.

Неопределенность касается также всех эукариот, которые должны присоединиться к нам в ближайшее время (этот важный термин я разъясню в главе “Великое историческое рандеву”). А пока запомните, что одним из главных событий в истории жизни стало появление эукариотической клетки. Это крупная, сложно организованная клетка с митохондриями и ядром, имеющим собственную мембрану. Из эукариотических клеток сложены тела всех живых существ, кроме настоящих бактерий и архей (раньше их тоже считали бактериями). Бактерии и археи, составляющие группу прокариоты, присоединятся к нам на двух последних рандеву – №№ 38, 39. Таким образом, все оставшиеся эукариоты присоединяются к нам на рандеву № 37 – хотя это одна из теорий. Не забывайте, это произвольное решение: рандеву с настоящими бактериями может иметь номер от 39 до 42.

Наша неуверенность отчасти объясняется проблемой укоренения филогенетического древа. Мы сталкивались с этим в “Рассказе Гиббона”. Помещенная здесь диаграмма согласуется с множеством эволюционных деревьев – а значит, есть множество вариантов организации рандеву.

Неукорененная филограмма, или звездная диаграмма всего живого, построенная на основании данных молекулярных и других исследований. Обратите внимание на наше скромное положение. Baldauf [13].

Прежде чем мы перейдем к главному вопросу, обратите внимание на линию, обозначенную “Животные”. (Взгляните на ветвь “Заднежгутиковые” внизу слева: там вы и найдете животных, составляющих сестринскую группу для хоанофлагеллатов. К этой ветви относимся мы – а также вся толпа пилигримов, присоединившихся к нам до рандеву № 31 включительно.)

Вариантов укоренения очень много. То, что две гипотезы с самой сильной статистической поддержкой (они обозначены пунктирными стрелками) представляют собой две совершенно не пересекающиеся крайности, лишает меня последних остатков уверенности. Но это еще что! Укоренение – лишь одна из проблем. Вторая заключается в том, что из центральной точки диаграммы исходят сразу пять основных ветвей. Конечно, никто не думает, что все пять групп одновременно возникли от одного предка и, соответственно, в равной степени родственны друг другу. Это значит лишь, что степень нашей неуверенности растет. Мы не знаем, какие из пяти групп ближе друг к другу, а какие – дальше. Поэтому, чтобы не гадать, мы изображаем их исходящими из одной точки. Теоретически когда-нибудь мы сможем разделить эту точку на несколько дивергирующих ветвей, причем каждая ветвь станет потенциальным местом укоренения.

Теперь, наверное, понятно, почему я не хочу приводить детали следующих рандеву. Взглянув на диаграмму, вы увидите, что я уже проявил неосторожность, отметив рандеву № 36 как точку, в которой к нам присоединяются растения. Ветвь растений – одна из пяти ветвей, расходящихся из центра. Однако я решил устроить с ними отдельное рандеву. Мое решение привело к тому, что диаграмма стала выглядеть так.

Я мог бы обойтись так же с остальными тремя ветвями, однако тут мужество окончательно покидает меня. Я оставлю их до рандеву № 37 – настоящего свидания вслепую.

Так что не будем думать о порядке, в котором к нам присоединяются оставшиеся группы эукариот, а кратко их опишем. Ризарии (Rhizaria) включают различные группы одноклеточных эукариот. Некоторые из них имеют зеленую окраску и фотосинтезируют, остальные – нет. Самые известные представители этой группы – фораминиферы (Foraminifera) и радиолярии (Radiolaria). Они замечательно красивы (что и запечатлел Эрнст Геккель). К альвео-лятам (Alveolata) относятся некоторые другие красивые существа, в том числе инфузории (Ciliata) и динофлагеллаты (Dinoflagellata). К инфузориям относится (хотя в этом нельзя быть точно уверенным) Mixotricha paradoxa, чей рассказ мы вскоре услышим.