Эти открытия означают, что нам надо учитывать микробиом, если мы хотим выяснить, каким образом наследуется такой признак, как вес тела
[922]. Некоторые аллели, связанные с наследуемостью веса, не влияют напрямую на то, как наши клетки запасают жир. Мы наследуем аллель, который выращивает Christensenella в нашем кишечнике. А дальше все делает бактерия.
__________
Есть вид микроорганизмов, который очень тесно соединен с нашими телами, и эта связь гораздо теснее той, что существует между фонареглазом и его обеспечивающим ему свечение микробом. Этот микроорганизм до такой степени стал частью нашей наследственности, всего нашего существования, что многие ученые на протяжении десятилетий отказывались признавать в нем свободноживущий когда-то организм. Я говорю о митохондриях – крошечных мешочках, производящих топливо внутри наших клеток
[923].
Митохондрии впервые привлекли внимание биологов в конце XIX в., когда были разработаны новые вещества для окраски внутренних клеточных структур. При рассматривании этих окрашенных структур выяснилось, что клетки животных просто набиты какими-то загадочными гранулами. Немецкий биолог Рихард Альтман написал целую книгу об этих странных объектах и обильно проиллюстрировал ее с любовью выполненными рисунками необычайной точности. Альтман был поражен тем, насколько эти гранулы похожи на бактерий. Причем не только внешне – иногда автору удавалось разглядеть, что они и делятся надвое, как бактерии. Альтман был убежден, что они живые. Он назвал их «элементарными организмами». Ученый считал, что сами клетки возникли, когда эти гранулы собрались в колонии и построили вокруг себя укрытие из протоплазмы.
Для других биологов его идея прозвучала абсурдно. Они полностью ее отвергли, и Альтман превратился в желчного затворника. Он входил в свою лабораторию и выходил из нее через заднюю дверь, избегая любых встреч с людьми. Коллеги Альтмана в разговорах между собой называли его призраком. В 1900 г. в возрасте 48 лет Альтман умер при загадочных обстоятельствах.
«Все шло от плохого к худшему, – загадочно писал биолог Эдмунд Коудри в 1953 г., излагая историю исследования митохондрий, – и конец был в некотором роде ожидаемым и трагическим»
[924].
Коудри простил Альтману ошибочное представление о митохондриях, поскольку, по его словам, «сходство между ними и бактериями было действительно поразительным». В итоге Коудри и большинство других исследователей сочли их подобие исключительно поверхностным. Они думали, что митохондрии – это просто части клетки и их устройство кодируется ее собственными генами.
В последующие годы выяснилось, что митохондрии выполняют очень важную работу: они используют кислород и сахар, чтобы снабжать клетку топливом. Кроме того, ученые узнали, что митохондрии есть не только у животных, но и у растений, грибов и простейших, т. е. у всех эукариот. Проследив эти линии на древе жизни, удалось установить, что митохондрии должны были возникнуть у общего предка эукариот примерно 1,8 млрд лет назад.
В начале 1960-х гг. появилась удивительная новость о митохондриях: в них содержатся не только белки. Ученые обнаружили, что там присутствует еще и собственная ДНК, хотя и немного. В человеческих митохондриях всего 37 генов, тогда как в ядре около 20 000 генов, кодирующих белок. Тем не менее открытие митохондриальной ДНК озадачило исследователей. В наших клетках много компартментов – это, к примеру, лизосомы для расщепления молекул пищи, эндоплазматическая сеть для перемещения белков. Но среди них только у митохондрий есть свой собственный набор генов.
Биолог из Массачусетского университета Линн Маргулис заявила, что существует лишь один способ объяснить это открытие: пришла пора вспомнить старые теории Альтмана и других пионеров клеточной биологии. Полученные данные свидетельствовали о том, что митохондрии произошли от свободноживущих бактерий и до сих пор сохранили некоторые первоначальные гены.
Маргулис оказалась права. В 1970-х гг. ученые приступили к секвенированию митохондриальной ДНК. Они искали наиболее похожие гены у других видов и все чаще обнаруживали, что митохондрии больше всего напоминают бактерий. Исследователи смогли даже выделить одну конкретную наиболее генетически сходную с митохондриями группу, это оказались альфа-протеобактерии
[925].
Сейчас мы знаем, что, прежде чем заполучить митохондрий, наши предки были одноклеточными организмами, которые жили, потребляя какой-то молекулярный «мусор», их окружающий. Примерно 1,8 млрд лет назад у них внутри навсегда поселился вид мелких бактерий, а конкретно альфа-протеобактерий. Изучение современных альфа-протеобактерий позволило ученым выдвинуть несколько предположений, как именно могло произойти такое объединение
[926]. Некоторые исследователи считают, что альфа-протеобактерии проскользнули в более крупные клетки как паразиты. Их хозяева сделали все возможное, чтобы уничтожить оккупантов, но альфа-протеобактерии сформировали свою систему защиты. Со временем они перестали перемещаться из клетки в клетку. Когда их хозяин делился, альфа-протеобактерии оказывались в каждой из дочерних клеток.
Другие ученые предположили, что сначала два микроба жили бок о бок. Они обменивались необходимыми питательными веществами, помогая друг другу благоденствовать. Чем ближе они оказывались к своему партнеру, тем надежнее становился обмен. В итоге эти клетки слились полностью.
Как бы то ни было, приобретение клетками митохондрий – один из крупнейших скачков в эволюции жизни. Теперь клетка могла получать топливо, производимое ее новыми жильцами. Чем больше митохондрий клетке удавалось в себе разместить, тем больше энергии было в ее распоряжении. Этот симбиоз придал большой толчок развитию, позволив эукариотическим клеткам стать гораздо крупнее и гораздо сложнее тех, что существовали ранее. Отныне не было нужды питаться молекулярными отходами – у эукариот теперь имелось достаточно топлива, чтобы гоняться за бактериями и поглощать их. Позже эти одноклеточные хищники начали склеиваться друг с другом, превращаясь в многоклеточных существ.
Устроившись в своем новом доме, митохондрии пошли по тому пути, которым обычно идут эндосимбионты. Они утратили многие гены, нужные им для самостоятельной жизни. Но митохондрии никогда не отказывались от собственной наследственности. Альтман, возможно, ошибался, считая митохондрий свободноживущими жизненными формами. Но он оказался прав, что подумал именно о бактериях, когда наблюдал за делением митохондрий. Внутри клетки митохондрия делится на две части, и дочерние митохондрии наследуют копии ее ДНК точно так же, как это происходило у их свободноживущих предков примерно 2 млрд лет назад.
