* * *

Присвячується Ані - моєї музи і супутниці в цьому чарівну подорож

Вступ
Чому життя таке, яким воно є?

Ніхто не може сказати, чому життя таке, яким ми його знаємо. Вся складна життя на Землі сходить до загального предка. Це був одноклітинний організм, який виник з простих бактеріальних попередників в результаті унікального збігу обставин: єдиний раз за 4 млрд років. Чи було це винятковою подією - або планета пам'ятає і інші, невдалі "експерименти" зі створення складного життя? Невідомо. Ясно лише, що загальний предок був уже дуже складною кліткою. У своїй досконалості він був порівнянний з клітинами нашого організму [1] , І цю складність успадкували не тільки ви і я, але і всі інші його нащадки, від дерев до мурашок. Погляньте на свою клітку під мікроскопом і порівняйте її з кліткою амеби: боюся, ви не зможете розрізнити їх. При цьому я майже впевнений, що я не амеба. Справа не обмежується зовнішньою схожістю. Для всіх складних форм життя характерний один і той же набір опрацьованих біологічних механізмів, від статевого розмноження до апоптозу (клітинного самогубства) і старіння. Нічого схожого у бактерій не зустрічається. До сих пір немає єдиної думки, чому загальний предок всього живого об'єднав в собі безліч цих унікальних рис, а також чому у бактерій немає і натяку на незалежне виникнення таких ознак. Якщо ці ознаки розвивалися під дією природного відбору, кожен крок якого давав деяку перевагу, то чому ці ж ознаки не виникли у різних груп бактерій?

Розвиток життя на Землі взагалі йде дивним шляхом. Життя виникла через приблизно півмільярда років з моменту формування планети (близько 4 млрд років тому), але, досягнувши рівня бактерій, розвиток зупинився на два з гаком мільярди років - термін, що дорівнює половині віку Землі. Бактерії 4 млрд років зберігають простоту морфології (але не біохімії). Зовсім інакше справа йде з морфологічно складними організмами: рослини, тварини, гриби, водорості і одноклітинні Найпростіші відділилися від єдиного загального предка порівняно недавно: півтора-два мільярди років тому. Їх загальний предок вже був кліткою "сучасного" типу зі складним внутрішнім будовою і разюче потужними молекулярними механізмами. Роботу останніх забезпечували біохімічні наномашини, структура яких кодувалася тисячами нових генів, велика частка яких невідома у бактерій. Не збереглося ніяких перехідних форм, "відсутніх ланок", здатних вказати шляхи і причини виникнення цих складних ознак і перекинути міст через прірву між морфологічної простотою бактерій і величезною складністю всієї решти життя. Ось вона, "чорна діра" еволюції.

Ми щорічно витрачаємо мільярди доларів на біомедичні дослідження, намагаючись знайти відповідь на складне питання: чому ми хворіємо? Ми маємо в своєму розпорядженні гігантським обсягом даних про взаємодію генів, білків і цілих регуляторних мереж. Ми будуємо деталізовані математичні моделі і розробляємо комп'ютерні симуляції для перевірки передбачень. Але при цьому ми не знаємо, як виникло те, що ми вивчаємо! Як можна сподіватися зрозуміти причину хвороби, якщо ми й гадки не маємо, чому клітини влаштовані саме так? Ми не можемо судити про суспільство, не знаючи його історії. Точно так само ми не зможемо розібратися в роботі клітин, якщо не дізнаємося, як вони виникли. Сенс цих питань виходить далеко за межі практичної значущості: відповіді на них можуть допомогти наблизитися до розуміння, чому ми тут. Які закони зумовили народження Всесвіту, зірок, Сонця і, в кінцевому рахунку, життя? Якщо десь ще у Всесвіті може з'явитися життя, то чи буде її розвиток підкорятися тим же законам? Якщо існує інопланетна життя, чи схожа вона на земну? Здатність задаватися метафізичними питаннями - одне з тих властивостей, що роблять нас людьми. Минуло понад 350 років з моменту відкриття клітин, а ми до сих пір не знаємо, чому земне життя така.

Ви могли навіть не помітити свого незнання. Підручниками і журналам часто не вдається в достатній мірі висвітлити ці "дитячі" питання. Інтернет затягує в в'язку трясовину всіляких невпорядкованих фактів, змішаних в різних пропорціях з нісенітницею. Але проблема не тільки в надлишку інформації: деякі біологи розуміють, що в їх галузі знань зяє пролом. Більшість біологів займається іншими питаннями: вивчає великі організми, окремі групи рослин або тварин. Порівняно мало хто працює з бактеріями, і ще менше тих, хто присвятив себе вивченню ранньої еволюції клітин. Проблем додають і креаціоністи з їх "розумним задумом". Визнаючи, що у нас поки немає відповідей на всі питання, ми ризикуємо розв'язати руки войовничим скептикам, які з цього визнання радісно роблять висновок, що ми взагалі не маємо відомості про еволюцію. Звичайно, у нас є такі відомості. Більш того, їх лякає багато. Гіпотези про походження життя і ранньої еволюції клітин повинні пояснювати безліч фактів і при цьому не суперечити жодному з них. Сукупність цих фактів можна представити у вигляді кришталевого черевичка, який повинен припасти точно впору. Гіпотеза повинна безболісно уміщатися в "черевичок" фактів, а також передбачати існування неочевидних зв'язків, що можна експериментально перевірити. Нам дуже багато відомо про природний добір і деяких інших, більш випадкових, які формують геном процесах. Всі ці факти узгоджуються з концепцією еволюції клітин. Але "черевичок" все ще чекає потрібну ніжку. Ми не знаємо, де Попелюшка, і не знаємо, чому життя пішла саме таким своєрідним шляхом.

Вчені допитливі. Якби ця проблема і справді була такою явною, якою вона здається мені, про неї все вже знали б. Але насправді навіть її існування далеко не очевидно. Відповіді, зрозумілі лише вузькому колу дослідників, суперечать один одному, і за ними вже важко розгледіти початковий питання. До того ж ключі до вирішення цієї проблеми можуть лежати в різних, досить далеко віддалених один від одного дисциплінах: в біохімії, геології, філогенетиці, екології, хімії, космології. Рідкісний людина може назвати себе компетентним у всіх цих областях. Нам пощастило жити в часи стрімкого розвитку геномних технологій, в розпал наукової революції. У нашому розпорядженні тисячі цілком розшифрованих геномів, загальна протяжність яких вимірюється мільярдами знаків. Нерідко вони несуть суперечать один одному послання з далекого минулого. Інтерпретація цих даних вимагає наявності суворого логічного, обчислювального і статистичного апарату і розуміння біологічних закономірностей. Думки, судження, інтерпретації повисли важкими хмарами. У моменти, коли між ними з'являється просвіт, відкривається сюрреалістичний вигляд, щоразу все дивніше. Від звичної картини не залишилося і сліду, а нова лякає. З точки зору дослідника, що шукає собі великі завдання, від цієї просто дух захоплює. Головні питання біології все ще чекають відповідей. Ця книга - моя власна спроба підступитися до них.