Микробы, боги, первопредки
В скандинавской мифологии деревом жизни был исполинский ясень Иггдрасиль, крона которого достигала Асгарда – небесной обители богов. Древо живого в современной биологии мало на него похоже, к тому же многие ученые ставят под сомнение саму концепцию единого ствола со строго определенными ветвями на нем. Однако, как ни удивительно, наше прошлое действительно может быть связано с суровыми северными богами.
Древо жизни, придуманное Карлом Линнеем в XVIII веке, включало всего два ствола-царства: растения и животные. Спустя столетие, когда Эрнст Геккель вооружился микроскопом, добавились третье и четвертое – одноклеточные протисты и монеры – тоже одноклеточные, но лишенные ядра (сегодня мы называем их бактериями). Грибы получили собственное царство лишь в конце 1960-х годов благодаря работам Роберта Уиттекера, который доказал, что те отличаются от растений так же существенно, как и от животных. Вроде бы вполне логичная схема. Однако вскоре ее пришлось менять.
Проведя секвенирование ДНК и РНК, биологи обнаружили, что некоторые микробы, населяющие экстремальные биологические ниши – например, пересоленные водоемы или горячие источники, – резко отличаются от «обычных» бактерий. Исследования показали, что у этой группы имеются и другие особенности, причем настолько явные, что их пришлось выделить в отдельный домен – археи. Филогенетическое древо, знакомое нам со школы, оформилось лишь к 1980-м: домены безъядерных прокариот – археи и бактерии – и домен эукариот, включающий четыре царства (протисты, грибы, растения, животные). Более точная научная систематика сложнее этой схемы, но в последние годы и ее ветви то и дело ломаются под тяжестью новых открытий.
Иггдрасиль качается
Как известно, одно из главных отличий эукариотической клетки от бактериальной – наличие внутренних органелл, окруженных собственными мембранами, включая ядро, где хранится ДНК, и митохондрии, которые вырабатывают энергию, используя кислород. Нет таких органелл и у архей, однако их с эукариотами сближает целый ряд характеристик не менее фундаментальных – например, механизмы копирования и чтения ДНК. Зато митохондрии (а у растений – и хлоропласты, ответственные за фотосинтез) выглядят совсем как бактерии, растерявшие некоторые свои способности за миллиарды лет эволюции внутри чужой клетки.
Результатом всех этих наблюдений стало появление смелой гипотезы о том, что эукариоты – дальние потомки археи, которая «проглотила» способную дышать кислородом бактерию, но по каким-то причинам не смогла ее переварить, и со временем они научились жить в дружном и глубоком симбиозе, превратившись в эукариота с митохондриями. Позднее аналогичным образом и будущие растения приобрели свои хлоропласты. Получается, что фундаментально все живое разделяется всего на два базовых домена – бактерии и археи. Прочие же организмы, включая грибы и людей, лишь ответвления на толстом архейском «стволе».