«Вопрос жизни». Глава из книги • Н. Лейн • Книжный клуб на «Элементах» • Опубликованные отрывки из книг
В Тихом океане, в Идзу-Бонинском желобе, на глубине более 1200 м расположен вулкан Миодзин. Группа японских биологов более десяти лет тралила эти воды в поисках интересных жизненных форм. Как считают они сами, не удавалось найти ничего впечатляющего до мая 2010 года, когда они вытащили из глубин червей-полихет, которые прежде жили, прикрепившись к гидротермальному источнику. Сами черви оказались не такими интересными, как ассоциированные с ними микроорганизмы. Один из этих одноклеточных организмов считался эукариотическим, пока его не рассмотрели (рис. 37). Он задал загадку, ответ на которую не найден до сих пор.
«Эукариоты» — организмы с «настоящим ядром». У этой клетки есть структура, которая на первый взгляд кажется нормальным ядром. Еще у нее есть складчатые внутренние мембраны и некоторое количество эндосимбионтов: возможно, это произошедшие от митохондрий гидрогеносомы.
Как и у эукариотических водорослей и грибов, у нее есть клеточная стенка. И (что неудивительно для образца, поднятого из океанских глубин) она не имеет хлоропластов. Это довольно крупная клетка: около 10 микрометров в длину и 3 микрометров в диаметре, а объем ее больше, чем у типичной бактерии вроде
Но взгляните еще раз на эту клетку! Ядро действительно есть у всех эукариот, и во всех известных случаях оно устроено одинаково. Оно имеет двойную мембрану, которая соединяется с другими клеточными мембранами, и ядрышко, где синтезируется рибосомальная РНК, а также ядерные поровые комплексы замысловатой структуры и эластичную ламину.
Так что это? Ученые, обнаружившие этот организм, ответа не знали. Они назвали существо Parakaryon myojinensis. Новый термин паракариота указывает на промежуточную морфологию этого создания. Их статью опубликовали в «Журнале электронной микроскопии» под одним из самых интригующих заголовков, которые мне доводилось видеть: «Прокариота или эукариота? Уникальный микроорганизм из морских глубин». В статье имелся прекрасно поставленный вопрос, однако никаких попыток ответить на него авторы не предприняли. Выявить природу этой клетки могло бы помочь изучение генома или хотя бы рибосомальной РНК, и статья тогда превратилась бы из небрежно пролистываемой большинством читателей заметки в текст для Nature c высоким импакт-фактором. Но ученые лишь сделали срез своего единственного образца. И все, что они могли сказать с уверенностью — что за 15 лет, сделав 10 тыс.
срезов микроорганизмов из морских глубин и изучив их под электронным микроскопом, они не встречали ничего хотя бы отдаленно похожего. Равно как и после того случая: абсолютно ничего. И никто, кроме них, ничего подобного не видел.
Что же это? Необычные особенности могли быть просто артефактом, возникшим при изготовлении препарата — о такой возможности не стоит забывать, учитывая небезупречную историю электронной микроскопии. С другой стороны, если эти особенности — дело рук человеческих, почему лишь этот единственный образец отличался от всех остальных? И почему эти структуры выглядят настолько гармоничными и оправданными в своем существовании? Боюсь, это не артефакт. Тогда остается три варианта. Это далеко отклонившийся от основной ветви эукариотический организм, чьи изначально нормальные структуры метаморфизировали в ходе приспособления к необычному образу жизни — существованию в прикрепленном виде на глубоководных червях на гидротермальном источнике. Но это маловероятно. Многие другие одноклеточные организмы живут в таких же условиях, но никто из них не последовал примеру этого существа.
Другой вариант: Parakaryon myojinensis — настоящее живое ископаемое, «истинный архезой», который, укрывшись в глубинах океана, где условия почти неизменны, чудом не обзавелся эукариотическими приспособлениями из современного набора. Авторы статьи в «Журнале электронной микроскопии» склоняются к этому объяснению, но и оно не вызывает у меня доверия. Этот организм не живет в неизменных условиях: он прикреплен к задней части многощетинкового червя — сложного эукариотического организма, которого точно не существовало на заре возникновения эукариот.
Низкая плотность популяции (за многие годы траления попалась одна-единственная клетка) лишь укрепляет мои сомнения в том, что это существо смогло прожить в неизменном виде около двух миллиардов лет. Малые популяции подвержены вымиранию. Если популяция увеличивается, то все в порядке. Но если она не увеличивается, то лишь вопрос времени, когда в результате какой-нибудь случайности она исчезнет. Два миллиарда лет — это примерно в 30 раз дольше, чем, как предполагается, обитают в океане латимерии. Чтобы прожить так долго, любые организмы, действительно сохранившиеся в неизменном виде с первых дней существования эукариот, должны быть распространены минимум в той же степени, что и реальные архезои.
Итак, остается последняя возможность. Как говорил Шерлок Холмс, «отбросьте все, что не могло иметь места, и останется один-единственный факт, который и есть истина»1. Два рассмотренных варианта, без сомнения, невозможны, а третий наиболее интересен: Parakaryon myojinensis — это прокариотический организм, который приобрел эндосимбионтов и сейчас превращается в клетку, похожую на эукариотическую, в некотором смысле повторяя уже пройденный эволюцией путь.
Я склоняюсь к тому, что эти эндосимбионты уже потеряли большую часть своего генома: лишь процесс утраты генов эндосимбионтом может обеспечить разрастание генома клетки-хозяина до эукариотического уровня. Похоже, это сейчас и происходит с данным организмом: независимое возникновение морфологической сложности можно объяснить сильной асимметрией геномов. Геном клетки-хозяина, несомненно, велик: он занимает более трети объема всей клетки (который, как мы помним, в 100 раз превышает объем
Означает ли это, что интронная гипотеза неверна? Трудно сказать: в данном случае клетка-хозяин может оказаться не археей, а бактерией, и поэтому лучше переносит встраивание бактериальных мобильных интронов. Тот факт, что ядерный компартмент возник независимо, позволяет предположить, что здесь действуют те же силы, что воздействовали на первых эукариот. Тем более такие силы должны действовать в крупных клетках с эндосимбионтами. А что насчет других эукариотических особенностей, например полового размножения? Об этом мы ничего не сможем сказать, пока не будет секвенирован геном этого создания. Как я говорил, это одна из самых захватывающих загадок. Нам остается лишь ждать и наблюдать. Имея дело с наукой, никуда не деться от нескончаемой вереницы неопределенностей. Вся эта книга — попытка понять, почему жизнь такая, какова она есть. В некотором смысле книга похожа на Parakaryon myojinensis, который движется по следам эволюции от бактериальных предков к сложной жизни. Вопрос, повторяется ли где-либо во Вселенной этот путь, возвращает нас к исходной точке: происхождению жизни.
Я доказывал, что она вполне может возникнуть где-то еще.
Вся жизнь на Земле хемиосмотична. Все организмы используют энергию протонных градиентов на мембранах, чтобы осуществлять углеродный и энергетический метаболизм. Мы рассмотрели возможное происхождение этого своеобразного свойства и последствия обладания им. Мы увидели, что для поддержания жизни нужна непрестанно действующая движущая сила — непрекращающаяся химическая реакция, в результате которой образуются активные промежуточные соединения, например АТФ, и побочные продукты. Такие молекулы обеспечивают осуществление энергоемких реакций, которые позволяют клеткам существовать. На заре жизни (до появления биологических катализаторов, упорядочивших течение метаболизма и направивших его по четко определенным, узким каналам) поток углерода и энергии, вероятно, был еще мощнее. Очень немногие природные условия отвечают требованиям жизни: необходим постоянный интенсивный поток углерода и доступной для использования энергии через минеральные катализаторы — поток, направляемый при помощи природной системы микрокомпартментов, которая предоставляет возможность концентрировать продукты и вымывать отходы.
Щелочные гидротермальные источники представляют собой одновременно и задачу, и ее решение: они богаты водородом, но этот газ с трудом реагирует с CO2. Мы выяснили, что природные протонные градиенты на тонких полупроводниковых минеральных перегородках теоретически могли запустить образование органических веществ и, в конечном счете, привести к возникновению клеток внутри пор гидротермальных источников. Если это действительно так, то жизнь с самого начала была зависима от протонных градиентов (и железосерных минералов), необходимых для того, чтобы преодолеть кинетический барьер реакции между H2 и CO2.
Чтобы существовать, используя естественные протонные градиенты, древнейшим клеткам требовались проницаемые мембраны, которые бы позволяли удерживать внутри необходимые молекулы и при этом не лишать себя живительного потока протонов. Поэтому у них остался лишь один способ покинуть источник: путем прохождения определенных событий с четкой последовательностью (необходимость антипортера), в результате чего стала возможной коэволюция активного транспорта ионов и современных фосфолипидных мембран. Лишь тогда клетки смогли покинуть источники и заселить океаны и скалы Земли. Мы видели, что эта четкая последовательность событий может объяснить парадоксальные свойства Последнего всеобщего предка, как и глубокие различия бактерий и архей. Кроме того, эти жесткие требования могут объяснить, почему вся жизнь на Земле хемиосмотична: почему это странное свойство распространено столь же широко, как генетический код.
Этот сценарий (условия, распространенные в космических масштабах и в то же время отвечающие ряду жестких требований, которые определяют ход событий) наводит на мысль, что повсюду во Вселенной жизнь хемиосмотична.
А значит, она должна испытывать те же проблемы и располагать теми же возможностями. Хемиосмотические сопряжение предоставляет живым организмам неограниченное многообразие метаболических путей, благодаря чему клетки могут «питаться» и «дышать» почти чем угодно. Так же, как гены (из-за универсальности генетического кода) могут в ходе горизонтального переноса передаваться от одной клетки к другой, инструментарий для приспособления метаболизма к радикально различным условиям может передаваться сходным образом, так как все клетки пользуются одной «операционной системой». Я удивился бы, если во всей Вселенной (включая Солнечную систему) не нашлось бы ни одной бактерии, которая жила бы примерно так же, как на Земле — то есть получая энергию при помощи окислительно-восстановительных реакций и протонных градиентов на мембранах. Это можно предсказать, исходя из базовых принципов.
Но если так, сложная жизнь должна столкнуться с теми же ограничениями, с какими столкнулись эукариоты на Земле: у инопланетян также должны иметься митохондрии.
Мы уже знаем, что у всех эукариот был общий предок, возникший лишь однажды в результате эндосимбиоза прокариот. Известны два случая подобного эндосимбиоза бактерий (рис. 25) — или три, если мы учтем Parakaryon myojinensis, — а значит, мы точно знаем, что одна бактерия может поселить у себя внутри другую, не фагоцитируя ее. Скорее всего, за четыре с лишним миллиарда лет должны были случиться тысячи — нет, миллионы случаев эндосимбиоза. Здесь определенно было «бутылочное горлышко» — но еще не самое узкое. В любом случае стоит ожидать, что эндосимбионты будут терять гены, а клетка-хозяин будет увеличиваться в размерах и усложнять свой геном — и именно это мы наблюдаем у Parakaryon myojinensis. Но стоит ожидать и того, что между клеткой-хозяином и эндосимбионтом в ходе тесного контакта возникнет эгоистический конфликт: это второе «бутылочное горлышко». Два «бутылочных горлышка»! Двойное препятствие на пути эволюции сложной жизни, сделавшее этот путь по-настоящему трудным. Мы выяснили, что первые эукариоты, скорее всего, быстро эволюционировали внутри маленьких популяций.
Уже тот факт, что общий предок эукариот должен был обладать столькими свойствами, ни одно из которых не встречается у бактерий, говорит о том, что это должна была быть маленькая, нестабильная популяция, которая размножалась половым путем. В том случае, если Parakaryon myojinensis воспроизводит путь эволюции эукариот (я склонен так считать), сверхнизкая плотность популяции (лишь один образец за 15 лет ловли) вполне предсказуема. Скорее всего, это создание вымрет. Может быть, из-за того, что ему не удалось успешно избавиться от рибосом в ядерном компартменте — или потому, что не получилось «изобрести» половой процесс. Или же — один шанс на миллион — он выживет и даст начало второму пришествию эукариот на Землю.
Я думаю, есть все основания заключить, что сложная жизнь очень редка во Вселенной: не существует встроенной закономерности естественного отбора, которая бы обеспечивала возникновение человека или какой-либо другой сложной формы жизни. Гораздо выше вероятность так и застрять на бактериальном уровне сложности.
Статистика неутешительная. Но существование Parakaryon myojinensis может немного успокоить: многократное возникновение сложности на Земле означает, что сложная жизнь все-таки может встречаться где-то еще. Может быть. Что я могу сказать с большей уверенностью — что по энергетическим причинам для развития сложной жизни необходим эндосимбиоз двух прокариот, а это редкое событие, пугающе близкое к случайности. Ситуацию усложняет и то, что между хозяином и эндосимбионтом непременно должен возникнуть эгоистический конфликт. И вот мы опять пришли к классическому естественному отбору. Мы уже видели, что существование многих черт, характерных для эукариот — от ядра до полового размножения, — можно вывести из общих закономерностей. Мы можем пойти еще дальше. Возникновение двух полов, разделение на зародышевую линию и соматические клетки, запрограммированная клеточная смерть, мозаичные митохондрии, баланс между аэробной эффективностью и плодовитостью, приспособляемостью и болезненностью, старение и смерть: все эти особенности закономерно развились из стартовой точки — клетка внутри другой клетки.
Будет ли это случаться вновь и вновь? Я думаю, что большая доля этого — будет. Уже давно стоило начать учитывать роль энергии в эволюции, ведь благодаря этому гораздо лучше получается предсказывать работу естественного отбора.
Энергия позволяет гораздо меньше, чем гены (немного терпения — скоро вы поймете, что я имею в виду). Посмотрите вокруг. Этот удивительный мир — результат множества мутаций, рекомбинаций и других генетических изменений, которые служили материалом для естественного отбора. У вас есть общие гены даже с деревом за окном — правда, с ним вы разошлись в незапамятные времена эволюции эукариот — полтора миллиарда лет назад. После этого каждый пошел своим путем, который определялся набором генов: результатом мутаций, рекомбинаций и естественного отбора. Вы, надеюсь, еще изредка, поддавшись порыву, залезаете на дерево. Деревья покачиваются на ветру, а потом превращают ветер в новые деревья — такова волшебная сила растений. Все эти различия записаны в генах, которые некогда были получены от общего предка, но теперь до неузнаваемости изменились.
Изменения сначала получали возможность осуществиться, а потом результаты подвергались отбору, и так было на протяжении всего пути, которым шла эволюция. Гены допускают почти все, что угодно: все, что может произойти — произойдет.
Но у этого дерева также есть митохондрии, которые работают согласно почти тому же принципу, что и хлоропласты: без конца гоняя электроны по триллионам дыхательных цепей, перекачивая протоны через мембраны. Так же делаете и вы. Движение электронов и протонов поддерживает вашу жизнь с тех самых пор, как вы зародились в материнской утробе: ежесекундно — постоянно, безостановочно — вы перекачиваете через мембраны 1021 протонов. Ваши митохондрии перешли от матери, через ее яйцеклетку, и это был самый чудесный ее дар — дар жизни, который бережно передавался из поколения в поколение 4 млрд лет, — с тех пор, как в гидротермальных источниках затеплилась жизнь. Храните этот дар! Он хрупок: например, цианид остановит ток электронов и протонов, и ваша жизнь быстро прекратится.
Старение приведет к тому же исходу — но медленно, постепенно. Смерть — это прекращение движения электронов и протонов, исчезновение потенциала на мембране. Смерть — это миг, когда гаснет один из огоньков вечного пламени. Если жизнь — «лишь электрон, который ищет покоя», то смерть — момент, когда он его обретает.
Поток энергии живителен, прекрасен и — ничего не прощает. Малейшее его нарушение — минута, секунда, в течение которой состояние отклоняется от исходного, — и все может пойти прахом. Споры, погружаясь в метаболическую спячку, способны обходиться без потока энергии. Как же им повезло, что они способны и пробуждаться от нее. Но большинство из нас… мы живем благодаря тем же процессам, которые давали энергию первым живым клеткам. Эти процессы никогда не претерпевали радикальные изменения: как это было возможно? Все живое должно жить, чтобы оставаться живым. Чтобы жить, требуется непрерывный поток энергии. Неудивительно, что именно поток энергии ставит главные ограничения на пути эволюции, определяя, что возможно, а что нет.
Неудивительно, что бактерии продолжают делать то, что обычно, не в силах ощутимо повлиять на горение пламени, благодаря которому они растут, делятся, конкурируют друг с другом. Неудивительно, что единственный удавшийся случай — единичный эндосимбиоз прокариот — не затронул пламя, не повредил ему, а зажег множество искр — которые затеплились в каждой эукариотической клетке, а потом и во всех сложных формах жизни. Неудивительно, что поддержание пламени жизненно важно. Оно необходимо для нашей физиологии и эволюции, его существованием можно объяснить многие странности нашего прошлого и черты современной жизни. Как нам повезло, что наш ум — самая невероятная биологическая машина во Вселенной — теперь служит проводником для этого бесконечного потока энергии, и благодаря этому мы можем думать о том, почему жизнь такова, какова она есть. Да пребудет с вами протон-движущая сила!
1 Пер. М. Литвиновой. — Прим. пер.
2 Эндосимбионты в клетке Parakaryon myojinensis располагаются внутри структур, которые авторы статьи описали как фагосомы (вакуоли внутри клетки), несмотря на наличие цельной клеточной стенки.
Они сделали вывод, что клетка-хозяин некогда фагоцитировала, но утратила эту способность. Дело не обязательно обстояло именно так. Взгляните еще раз на рис. 25. На нем заметно, что внутриклеточные бактерии окружены очень похожими «вакуолями», но в этом случае клетка-хозяин является цианобактерией, а значит, к фагоцитозу точно не способна. Дэн Вужек списал вакуоли, виднеющиеся вокруг эндосимбионтов, на счет усадки препарата в ходе подготовки к электронной микроскопии. Я бы предположил, что «фагосомы» в данном случае также являются делом рук человеческих и не имеют отношения к фагоцитозу. А если так, то нет причин считать, что предок клетки-хозяина был сложным фагоцитом.
3 Согласно данным, полученным при помощи космического телескопа «Кеплер», на каждые пять звезд солнечного типа в Галактике приходится одна, в системе которой есть планета земного типа. Следовательно, в Млечном Пути 40 млрд подходящих планет.
Естественные и точные науки книги издательства Corpus
(4)
Pelican (Пелікан)
(1)
Random House
(9)
Taschen
(7)
Ад Маргинем Пресс
(17)
Азбука
(1)
Айрис-Пресс
(8)
Академический Проект
(135)
Альпина нон-фикшн
(38)
Альпина Паблишер
(35)
Амфора
(1)
Арт-Волхонка
(2)
БАО
(2)
Белая ворона
(26)
Белый город
(14)
Бином
(1)
БММ
(1)
БХВ-Петербург
(2)
Весь
(8)
Вече
(6)
Виват
(3)
Видавництво Анетти Антоненко
(1)
Видавництво Жупанського
(8)
Видавництво Старого Лева
(15)
Вильямс
(1)
Вита Нова
(21)
Владис
(3)
Гаятри
(1)
Генезис
(1)
ГУ ВШЭ
(1)
Гуманитарный центр
(3)
Дело
(15)
Диалектика
(1)
Диля
(4)
Дискурсус
(40)
ДМК Пресс
(1)
Добрая книга
(1)
Еврейская Книга
(1)
Едиториал УРСС
(1)
Живой язык
(8)
Златая Артель
(10)
Издательский Дом Мещерякова
(3)
Издательство Ивана Лимбаха
(1)
Институт общегуманитарных исследований
(3)
Интеллектуальная Литература
(1)
К.
FUND
(1)
К.І.С.
(2)
Казка
(4)
Карьера Пресс
(12)
Клевер-Медиа-Групп
(13)
КМ-Букс
(12)
Книгоноша
(36)
Книжный клуб «Клуб семейного досуга»
(5)
Книжный Клуб Книговек
(1)
КНТ
(79)
КоЛибри
(2)
Країна Мрій
(3)
Кристалл
(2)
Кучково поле
(4)
Літера
(1)
Літопис
(2)
Лениздат
(9)
ЛомоносовЪ
(1)
Майстер-клас
(73)
Манн, Иванов и Фербер
(1)
Маршалл Кэвендиш
(10)
Махаон
(1)
Махаон-Україна
(2)
Медицина
(4)
Мир и Образование
(4)
Мир книги
(2)
Монолит
(6)
Навчальна книга — Богдан
(1)
Наука
(1)
Наука и техника
(23)
Наш формат
(7)
Ника-Центр
(3)
Ниола-Пресс
(1)
Новое литературное обозрение
(1)
Облака
(2)
Олимп-Бизнес
(7)
ОЛМА Медиа Групп
(1)
Омега-Л
(1)
Основа (Харків)
(2)
Пегас
(23)
Попурри
(1)
Промінь
(19)
Ранок
(1)
Ридерз Дайджест
(11)
РИМИС
(36)
Рипол Классик
(3)
Робинс
(1)
Розовый жираф
(2)
Росмэн
(1)
Самокат
(1)
Септіма
(9)
СЗКЭО
(1)
Символ-Плюс
(13)
Синдбад
(1)
Современный литератор
(1)
Солон-Пресс
(1)
София
(1)
Стрекоза
(2)
Талант
(1)
Терра-Книжный клуб
(8)
Фантом Пресс
(49)
Феникс
(5)
Фитон+
(5)
Фолио
(1)
ФОП Стебеляк О.
М.
(1)
Форум
(13)
Харвест
(12)
Центрполиграф
(2)
Школа
(1)
Школа гениев
(2)
Экзамен
(5)
Энас-Книга
(1)
Этерна
(1)
Ювента
(1)
Юнайтед Пресс
(3)
Юрайт
(1)
Магма
(1)
Билингва
(1)
Книги — XXI
(4)
Мнемозина
(13)
Paulsen
(13)
МЦНМО
(3)
Страта
(5)
Индивидуум паблишинг
(1)
Воскресный день
(2)
Архитектура-С
(9)
Век-2
(1)
Энигма
(3)
Балтийская книжная компания
(1)
Энтраст Трейдинг
(1)
Scholastic, Inc.
(1)
Издательский дом «Личности»
(7)
Рідна Мова
(1)
Асса
(3)
Пешком в историю
(2)
Международные отношения
(3)
Качели
(6)
Quercus
(1)
Strelka Press
(7)
Лабиринт
(1)
Русский шахматный дом
(10)
Форс
(1)
Аргументы недели
(3)
ГЭОТАР-Медиа
(1)
Творческая мастерская Либерия
(7)
Фабула
(1)
Y-Publishing
(5)
Пальмира
(15)
BookChef
(1)
Корона-Принт
(3)
URSS
(2)
Генеза
(1)
Секачев В.
Ю.
(2)
Кабинетный ученый
(1)
Комора
(3)
УЛА
(1)
Сварог
(1)
Scarecrow Press
(1)
Usborne Publishing Ltd
(1)
Vintage
(1)
Синхробук
(1)
Pabulum
(1)
Архимед
(4)
Вита-Пресс
(2)
Лань
(1)
Нілан-ЛТД
(17)
Концептуал
(1)
Модерн
(3)
Центр навчальної літератури
(1)
Политехника
(1)
Перун
(1)
Наири
(15)
Лаборатория знаний
(1)
BHV
(1)
Велигор
(6)
Физматлит
(1)
Капитал
(2)
Жорж
(1)
Мастерская творческого переплета ‘Эталон’
(1)
Медицинская литература
(4)
Новая Волна
(1)
Русский Фонд Содействия Образованию и Науке
(3)
Моя книжкова полиця
(1)
PressPass
(1)
Yakaboo Publishing
(1)
Издательство СПбГУ
(1)
Крафт+
(1)
Интеллект
(2)
Альпіна Паблішер
(1)
Black Swan
(3)
Техносфера
(1)
Weidenfeld & Nicolson
(4)
Портал
(3)
Фитон XXI
(1)
Polity Press
(18)
Дискурс
(5)
Віхола
(3)
Лабораторія
(1)
ЛитТерра
(2)
Институт компьютерных исследований
9780393088816: Жизненно важный вопрос: Энергия, эволюция и происхождение сложной жизни — Лейн, Ник: 0393088812
Чтобы объяснить тайну эволюции жизни на Земле, Ник Лейн исследует глубокую связь между энергией и генами.
Земля кишит жизнью: в ее океанах, лесах, небе и городах. Тем не менее, в сердце биологии есть черная дыра. Мы не знаем, почему сложная жизнь такая, какая она есть, или, если уж на то пошло, как жизнь зародилась. В Жизненно важный вопрос , отмеченный наградами автор и биохимик Ник Лейн радикально переосмысливает историю эволюции, предлагая решение загадок, которые озадачивали поколения ученых.
В течение двух с половиной миллиардов лет, с самого зарождения жизни, одноклеточные организмы, такие как бактерии, развивались без изменения своей основной формы. Затем, всего один раз за четыре миллиарда лет, они совершили скачок к сложности. Вся сложная жизнь, от грибов до человека, имеет общие загадочные черты, такие как пол, которые неизвестны бактериям. Как и почему произошла эта радикальная трансформация?
Ответ, утверждает Лейн, заключается в энергии: все живое на Земле живет за счет напряжения с силой удара молнии. Опираясь на столпы эволюционной теории, гипотеза Лейна опирается на передовые исследования связи между энергией и клеточной биологией, чтобы дать убедительное объяснение эволюции от самого зарождения жизни до появления многоклеточных организмов, предлагая при этом глубокие исследования.
взгляды на собственную жизнь и смерть.
И строгий, и чарующий, Жизненно важный вопрос предлагает решение жизненно важного вопроса: почему мы такие, какие мы есть, и почему мы вообще здесь?
«Синопсис» может принадлежать другому изданию этого названия.
Об авторе:
Ник Лейн — биохимик кафедры генетики, эволюции и окружающей среды Университетского колледжа Лондона, руководитель программы UCL Origins of Life. Он был награжден премией биохимического общества 2015 года за выдающийся вклад в молекулярные науки о жизни. Он является автором книг «Восхождение жизни: десять великих изобретений эволюции», получивших в 2010 году премию Королевского общества за научные книги, а также книг «Власть, секс, самоубийство: митохондрии и смысл жизни» и «Кислород: молекула, сотворившая мир». .
Обзор:
«[Ник Лейн] оказался способным проводником в опасной научной местности.
Он пишет ясной, доступной прозой, и, хотя наука может стать скучной, читатель будет вознагражден поразительно нетрадиционным взглядом на биологию».
— Тим Рекуарт, The New York Times
«Удивительное исследование происхождения жизни».
— Билл Гейтс
«Если бы я был богатым человеком, я бы скупил тираж этой книги и дал бы копию каждому студенту естественно-научного курса перед его или ее первым курсом по клеточной биологии».
— Франклин Гарольд, Журнал Microbe
«Одна из самых глубоких и ярких книг по истории жизни, опубликованных за последние годы».
— The Economist
«Мастерски… Эта чрезвычайно важная книга… является манифестом будущего фундаментальной биологии».
— Адам Резерфорд, Observer (Великобритания)
«Он оригинальный исследователь и мыслитель, страстный и стильный популяризатор.
Его теории гениальны, захватывают дух и бросают вызов во всех смыслах… в интеллектуальном плане то, что предлагает Лейн, если оно верно, будет столь же важно, как коперниканская революция».
— Peter Forbes, Guardian (Великобритания)
«Это книга огромного размаха и амбиций, наполненная смелыми и важными идеями… Аргументы мощные и убедительные… невероятная, эпическая история ».
— Майкл Ле Пейдж, New Scientist (Великобритания)
«Триумфально приближается к разгадке тайны того, почему жизнь такая, какая она есть, до глубины, которая поразила бы разум любого древнего философа».
— Мэтт Ридли, The Times (Великобритания)
«Блестящий синтез новой теории жизни».
— Клайв Куксон, Financial Times (Великобритания)
«В этой своей третьей книге об энергии и жизни [Лейн] триумфально приближается к раскрытию секрета того, почему жизнь такая, какая она есть, до глубины это поразило бы ум любого древнего философа».
— Мэтт Ридли, The Sunday Times (Великобритания)
«Об этом заголовке» может принадлежать другому изданию этого заголовка.
Жизненно важный вопрос: почему жизнь такая, какая она есть? обзор – вернуться к биологическим основам | Книги по науке и природе
Забавно подразнить физиков, указав, что, хотя они тысячелетиями охотились за Великой Теорией Всего, в биологии мы сделали это трижды, и все за сто лет. Клеточная теория, которую часто упускают из виду, утверждает, что вся жизнь состоит из клеток, и они могут родиться только путем деления существующих. Эволюция Чарльза Дарвина путем естественного отбора и универсальность ДНК и генетического кода являются двумя другими объединяющими биологическими краеугольными камнями, и когда эти три идеи объединяются, мы получаем убедительный обзор: жизнь, инкапсулированная в клетках, меняется от поколения к поколению через выбор ДНК, наиболее подходящей для изменяющейся среды.
Разобрались, и мы все можем идти домой.
Дара О Брайен заметил, что если бы наука знала все, она бы остановилась. Вы могли заметить, что биология не остановилась. Большинство научных исследований на этой планете касается изучения жизни, и у тех ученых, которые пытаются выяснить, как работают клетки, как они питают жизнь и как они идут не так, остается еще много работы. Это не просто заполнение оставшихся деталей. Даже при наличии этих возвышающихся столбов остаются колоссальные пробелы, «черная дыра в центре биологии», как Ник Лейн начинает эту ужасно важную книгу: мы не понимаем, почему жизнь такая, какая она есть.
Биология — это наука об исключениях, потому что жизнь беспорядочна. Ни одно из жизненных правил не является простым и не соблюдается особенно быстро, и поэтому многие попытки свести биологию к простым принципам оказались сбивающими с толку и непредвиденными сложностями. В четырех частях Лейн излагает и исследует различные крупные проблемы биологии: происхождение самой жизни; последовавший за этим двухмиллиардный перерыв; уникальное блокбастерное появление сложной жизни; запутанная история секса (иметь двух родителей для производства одного потомства на самом деле довольно странно и не очень эффективно), старение, смерть.
Все самое легкое.
Эти великие идеи — клетки, ДНК и эволюция — были узловыми точками в истории науки, точками, где разрозненные извилистые поля соединялись общими основаниями. Лейн выделяет то, что, по моему мнению, должно быть четвертой великой теорией жизни, которую часто упускают из виду, поскольку мы по-прежнему околдованы ДНК и ее многочисленными силами. Просто идея о том, что жизнь — это химическая реакция. Все остальные жизненные принципы, включая клеточное деление и наследственность, основаны на уникальной способности клетки извлекать энергию из окружающей среды и использовать ее. Эта идея уходит корнями в работу Питера Митчелла, вероятно, самого важного лауреата Нобелевской премии, о котором вы никогда не слышали. В 19В 50-х и 60-х годах он предложил парадоксальные идеи о том, как клетки генерируют энергию, подпитываемую потоком протонов через мембраны.
В допросе этого, как многие из нас теперь верят, лежат некоторые ответы на большие вопросы. Лейн и другие ранее приводили доводы в пользу того, что начало эволюции было вызвано энергетическим беззаконием и вихревыми химическими веществами вокруг лабиринтных скал в лишенных света глубинах океана.
Стоит повторить более подробно в Жизненно важный вопрос , чем раньше, не в последнюю очередь из-за длинной тени, отбрасываемой ошибочной концепцией «изначального бульона», которая доминировала в размышлениях и, что особенно важно, в экспериментах более века. Первобытный бульон не работает ни на каком уровне для создания того, что делает жизнь. Жизнь вырабатывает в клетках собственную химическую энергию, нас не зажигает ультрафиолет и не бодрит молния свыше, как могли бы понадобиться первозданные супы. Как отмечает Лейн, всего лишь крошечной биосфере потребуется четыре болта в секунду на каждый квадратный километр океана.
Работа Питера Митчелла заложила основы этой идеи. Лейн описывает Митчелла как «вспыльчивого, спорящего и блестящего». Другой из его блестящих главных героев, биохимик Билл Мартин, очень прямолинеен, и в тоне Лейна тоже есть нотки иконоборчества. Это не раздражает, а привлекает: они не еретики и не претенциозно именующие себя «иными мыслителями». Это просто люди, которые косо смотрят на ортодоксы, которыми мы все слишком довольны.
Наука — это сочетание доказательств и аргументов. Аргументы без доказательств — это удел философов.
Жизненно важный вопрос — это смелая, красноречивая, уверенная в себе книга, и это нелегкая прогулка. Это для людей, которые хотят думать и учиться, а также быть в курсе текущих исследований основ жизни. Читателям, не имеющим биологического образования, может быть полезен глоссарий, и есть несколько (к счастью, коротких) отрывков из биохимии. Не позволяйте этому оттолкнуть вас; даже Происхождение видов имеет свои жевательные разделы. Как и все великие произведения, она требует усилий, и Лейн не предлагает пощады случайному читателю. Они могут найти утешение в других научно-популярных книгах, но не получат от них столько же. Ник Лейн не только мастер рассказчика, но и его исследование. Каждый день он находится на грани фундаментальной биологии в своих лабораториях в Университетском колледже Лондона, тщательно исследуя вопросы, которые ставит в своей книге, с помощью экспериментов и математических моделей.
Как и его предки из того же отдела — Стив Джонс, Дж. Б. С. Холдейн, — он принадлежит к тому редкому виду, к ученому, который может осветить запутанные сложности биологии ясными, светлыми словами.
Жизненно важный вопрос не является ни профессорским, ни лекционным. Лейн колеблется между точной наукой и вызывающей воспоминания прозой, и есть выдающиеся высказывания, которые задерживаются. Ставя под сомнение великую тайну того, почему на самом деле существует половое размножение, Лейн утверждает, что повторное смешение ДНК от нескольких родителей позволяет естественному отбору воздействовать на отдельные гены, а не на целые фрагменты ДНК в хромосоме. Что касается пола, то «отбор, как и Бог, может видеть все наши пороки и достоинства, ген за геном». Более того, впредь я буду заимствовать идею дементоров из Гарри Поттера, чтобы объяснить, как формы жизни «высасывают энергию, чтобы расплачиваться за свое противоестественное существование». И любое письмо об эндосимбиотическом возникновении сложных клеток, использующее речь «часов с кукушкой» от Третий человек меня устраивает.
