Ознакомительная версия. Доступно 19 страниц из 95
Эволюция митохондрий
Принцип образования этих союзов можно понять, поглядев на филогенетическое дерево, или «древо жизни». Если нарисовать эволюционное дерево, показывающее взаимосвязи между видами млекопитающих, и другое дерево – с бактериями, населяющими этих млекопитающих, – то станет ясно, что эти группы прошли эволюционный путь вместе. Эти два дерева являются отражениями друг друга: там, где один вид млекопитающих разделяется на два, свойственные им микробы тоже разделяются, и дальше каждый новый подвид развивается уже самостоятельно, вместе с новым хозяином. Благодаря выявлению такой тесной взаимосвязи между микрофлорой и организмом-хозяином и возникла революционная идея, которая позволяет подобраться к самой сути работы, проделанной эволюцией путем естественного отбора.
Я начну с того, с чего начал Дарвин в «Происхождении видов», – не с естественного, а с искусственного отбора. Дарвин писал о разведении голубей, потому что это было любимым хобби некоторых сословий в то время. Я объясню свою мысль на примере собак. И немецкий дог, и фокстерьер – потомки волков, однако ни одна из этих пород внешне не похожа на своих предков. Немецких (или «датских») догов выводили для охоты на оленей, кабанов и даже медведей в лесах Германии. В каждом поколении заводчики отбирают самых крупных, быстрых и сильных собак, чтобы те произвели новое поколение. Мало-помалу в потомстве все ярче проявляются именно те черты, за которые заводчики выбирают отдельных собак. Иными словами, отбор наиболее подходящих качеств происходит искусственным, а не естественным путем. Фокстерьеры, находящиеся на противоположном конце условной шкалы, отбираются за быстроту реакции, ловкость и способность пролезть в лисью нору – и опять все решают заводчики, а не естественная среда.
Естественный отбор работает примерно так же, только вместо человека, отбирающего собак с нужными ему качествами, все определяет природа. Гепарду нужны очень сильные ноги, чтобы бегать за добычей; большие легкие и сердце, чтобы не устать раньше своей жертвы; острое зрение, чтобы издалека заметить детеныша, отставшего от стада газелей. Лягушке нужны перепончатые лапы, чтобы легко отталкиваться от воды; крепкая икра, способная выжить на солнцепеке, и кожа маскировочного окраса, чтобы укрыться от глаз цапли. Каждая из этих черт определяется климатом, средой обитания, конкуренцией, питанием, а также хищниками, ведущими охоту на данный вид.
Однако среди биологов-эволюционистов не утихают споры о том, что же все-таки подлежит отбору. Казалось бы, все просто: выживает и оставляет потомство особь с крепкими мышцами или перепончатыми лапами. Иными словами, отбирается та особь, которой обстоятельства позволяют продолжить род. Но почему тогда львицы так заботятся о львятах? Почему рабочие пчелы оберегают пчелиную матку? Почему молодые водяные курочки заботятся о родителях? Или, что еще удивительнее, почему одна летучая мышь-вампир отрыгивает выпитую ею кровь другой мыши, когда той не повезло с добычей, даже если они не связаны никаким родством? Если для каждой отдельной особи действительно важнее всего собственное успешное размножение, зачем они помогают другим? Эти вопросы не дают покоя биологам и заставляют их говорить о том, что отбор идет не на уровне отдельных особей, а на более высоком уровне. Если взаимовыручка помогает членам какой-то группы (особенно если они не связаны родством) продолжить род, значит, предметом отбора для окружающей среды являются не особи, а целые группы.
Ричард Докинз обязательно напомнил бы нам, что в обеих гипотезах – индивидуального и группового отбора – упускается главное. В своей книге «Эгоистичный ген», вышедшей в 1976 году, он подробно изложил взгляды нескольких выдающихся биологов-эволюционистов, которые считают, что предметом естественного отбора являются гены. Тело, как объясняет Докинз, – это всего лишь носитель и передатчик генов, позволяющий им вести и продолжать бессмертное существование. Подобно особям, у них имеются вариации, они могут воспроизводиться, они передаются от поколения к поколению. Дело в том, что именно гены определяют шансы особи на воспроизводство, а значит, именно они, а не особь, либо отбираются, либо отвергаются. Разумеется, ген не может действовать в одиночку. Даже самый животворный, чадородный ген, каким только мутация может наделить ту или иную особь, ограничивается свойствами соседних генов. И тут мы должны вернуться к началу – то есть к особи, – но уже лучше понимая всю сложность естественного отбора.
Совместная эволюция видов организмов-хозяев и их микрофлоры дополняет еще одним нюансом и без того запутанную паутину путей эволюционного развития. Давайте рассмотрим травоядное животное – например, бизона – и попытаемся представить себе, как в его случае работал бы естественный отбор в отсутствие микрофлоры. Наш бизон должен быть достаточно крупным, чтобы отпугивать волков, достаточно шерстистым, чтобы не замерзнуть холодной зимой, и достаточно сильным, чтобы переносить переходы на большие расстояния в поисках хороших пастбищ. Однако эти, да и многие другие качества бизона, необходимые для жизни и продолжения рода, окажутся бесполезными, если у него не будет нужного набора кишечных микробов. В одиночку, без этих микробов, бизон не сможет переваривать траву. Он может до отказа набить себе брюхо травой, но она останется лежать там мертвым грузом: не будут усваиваться пищевые молекулы, не будет вырабатываться энергия. А без энергии бизон не сможет расти, передвигаться, размножаться и вообще жить. Все будет без толку.
Бизон и его микрофлора развивались не порознь, а вместе. Они прошли отбор не сами по себе, а в тесном союзе. Конечно, бизон должен быть крупным, шерстистым и сильным, но еще он должен хорошо переваривать пищу, чтобы добиться благосклонности естественного отбора. Он должен обладать хорошими микробами. Симбиоз организма-хозяина (будь то бизон, рыба, насекомое или человек) и населяющих его микробов называется «холобионтом», то есть «живой единицей». Именно эта неизбежная взаимозависимость навела Юджина и Илану Розенберг из Тель-Авивского университета в Израиле на мысль, что естественный отбор может происходить еще на одном уровне. Они считают, что за репродуктивные достоинства отбираются не только особи и группы, но и холобионты. Поскольку ни одно животное не может существовать независимо от своей микрофлоры, а микрофлора – независимо от своего хозяина, невозможно выбрать одно без другого. Таким образом, естественный отбор распространяется на их союз как на целую живую единицу, благоволя, как и в случае отбора особей, тем комбинациям «транспорта» и «пассажиров», которые достаточно сильны и выносливы, способны выживать и размножаться.
Как показывает Докинз, в конечном итоге отбор направлен на гены, будь то гены животных или микробов. Поэтому и идея, выдвинутая Розенбергами, получила название гипотезы «хологеномного отбора» – то есть отбора одновременно хозяйского и микробиомного генома.
Дело в том, что иммунная система человека развивалась не в изоляции. Она никогда не была стерильным набором наростов, трубочек и блуждающих клеток, ожидающих нападения со стороны неизвестного врага. Скорее она «росла и воспитывалась» бок о бок с микробами всех мастей – как с полезными, так и с теми, которые несут разные болезни. Из-за этих тысячелетий войн и перемирий иммунная система давно настроена на присутствие микробов. Когда они куда-то исчезают, привычное равновесие нарушается. Представьте себе, что вы научились водить машину с постоянно включенным ручным тормозом. Вы уже точно знаете, с какой силой нужно нажимать на педаль газа, чтобы преодолеть торможение, вы ездите так уже несколько десятков лет, и все получается без сучка без задоринки, но вдруг ручной тормоз пропадает, вы пытаетесь ехать, но машину хаотично заносит, болтает и швыряет, и вы просто не справляетесь с управлением.
Ознакомительная версия. Доступно 19 страниц из 95
