Ваш прадід їв водень

Підберезовик, береза, медуза і людина походять від одного предка. Або скажімо так: у кого-то з ваших предків були, крім вас, такі невдалі нащадки, як стафілокок.

Якщо у вас багата уява, ця ідея не може вас не вразити. Дивовижне в ній, зокрема, ось що: нащадки завжди якось схожі на предків. У підберезники народжуються все ж в основному підберезники, ну хіба що капелюшки потаємні або світлішими. Звідси випливає, що колись жило на землі істота, чимось схоже одночасно на ... ось на всіх перерахованих вище і ще на десяток мільйонів видів живих істот. От би подивитися на таке опудало.



Саме так, ну, або приблизно так сформулювали своє завдання дослідники з Дюссельдорфа. А сформулювавши, написали статтю під заголовком: «Фізіологія і середовище проживання останнього загального предка». Якщо любите спойлери, можете відразу її прочитати і дізнатися розв`язку.

Але ми краще почнемо трішки здалеку, щоб зберегти інтригу.

Про застільному етикеті

Спільний предок всього живого явно повинен мати щось спільне з усіма нині живуть земними істотами. Що взагалі може нас об`єднувати? Медуза, береза, людина дихають кіслородом- але є на Землі безліч тварин, яким цей кисень вкрай неприємний. Воно й не дивно: кисню колись на нашій планеті не було. Власне, він весь утворився якраз за рахунок діяльності живих істот, так що дихання - явно вторинний ознака життя.

Ми перебуваємо в основному з вуглецю, кисню, азоту та водню - схоже, природа, за уважне ставлення тільки перший рядок творіння Менделєєва, а решта пробігла по діагоналі. Ми складаємося з білка (ось, це вже щось!) І зберігаємо важливу інформацію у вигляді ДНК (майже всі ми, крім вірусів). Але цього замало, щоб зрозуміти, як жив-поживати наш спільний предок.

Ах, ось ще що: ми отримуємо енергію з їжі. Їжа у всіх різна: шматок сала на пшеничному хлібі або 0,1% глюкози в живильному середовищі для культивування. Що вже там ми робимо з цієї їжею - теж питання особистих пристрастей: особисто ви віддаєте перевагу окисляти її киснем, деякі бактерії окислюють її залізом, а ось винні дріжджі взагалі використовують свій власний фокус під назвою «бродіння», і кисень їм для цього ні до чого . Тобто консенсус намацати знову не вдається.

Або вдається? Якби ви, наприклад, були біохіміком, ви б могли помітити дивну манеру поводження з їжею, прийняту у самих різних організмів. Взяти хоча б ту ж глюкозу: хоч ми і називаємо себе з гордістю «життям на вуглецевій основі», але, отримавши на сніданок молекулу глюкози (С6Н12О6), жива клітина, здається, не звертає на цей самий вуглець (С) на особливу увагу. Деякі - наприклад ми, при диханні - навіть відразу його викидають у вигляді вуглекислого газу (СО2). Зате клітина дуже дбайливо носиться з воднем. Тобто буквально виколупує родзинки з булки, смакуючи кожну водородінку, обсмоктуючи кожен її електрон і акуратно відкладаючи на край тарілки утворилися протони, які потім теж йдуть у справу. Цікаво, що сало на пшеничному хлібі (тобто жирні кислоти і крохмаль) пожираются вами в точно такій же манері.

Зелені рослини не їдять. Однак подивіться, що вони витворяють під час фотосинтезу: весь цей прекрасний сонячний світло використовується на те, щоб виколупати з молекули води водень (до речі, рівно той же процес - розбивання молекул води сонячним світлом - природним чином відбувається в світовому океані, хоч і набагато повільніше ). Кисень йде на викид, а електрони з смачненького водню навішуються на вдало потрапила під руку молекулу СО2. З цього вже просто сама собою виходить глюкоза, яку можна їсти, знову ж в кінцевому підсумку відриваючи з вуглецевого каркаса смачні водородінкі.

Якщо всі ваші родичі, очистивши воблу, насамперед зжирають ікру, швидше за все, вони навчилися цьому у вашого загального дідуся. Якщо всі ваші родичі, включаючи дріжджі і спірохет, з усіх типів їжі насамперед виколупують водень, ймовірно, таке спадщина ваших спільних предків. Поки це тільки здогад, але яка! Організм, який живиться воднем, на перший погляд досить екзотичний для біосфери. І якщо наш загальний предок був саме такий, це багато що говорить про його повсякденний побут, сфері інтересів і найближчому оточенні. Залишилося тільки це довести.

аналіз родоводу

Генетики з Дюссельдорфа не морочилися з тим, щоб порівнювати медузу з березою і підберезником: в широкій еволюційної перспективі всі ці організми дуже схожі, про що ми недавно писали. Замість цього вони зосередилися на двох основних гілках мікроорганізмів - бактерії і Архе, - тому що більш віддалених родичів, ніж бактерії і археї, в нашій біосфері начебто немає. Вчені стали дивитися, які гени є і у тих, і у цих. Метод цей використовувався вже давно, і йому заважає одна неприємна обставина: бактерії досить легко обмінюються генами між собою, так що не всі їхні гени успадковані від предків. Тому критерій був жорсткий: щоб потрапити в шорт-лист, ген повинен був бути присутнім мінімум у пари віддалених бактерій і у пари віддалених архей.

Результати були ось які: з майже трьохсот тисяч родин генів (тобто білків, тому що гени кодують білки), виявлених у 2000 видів мікробів, були відібрані за все 355, або одна десята відсотка, які, мабуть, все ж були успадковані від загального предка всього живого. І ось з цих генів можна приблизно зрозуміти, який цей самий предок був за характером і звичками.

Так, звичайно, він умів синтезувати білки і реплицировать свою ДНК - іншого ніхто і не очікував. Він умів брати з навколишнього середовища вуглекислий газ (це вміють зараз рослини) і азот (а ось цей майже втрачений навик залишився надбанням жменьки бактерій). І - о так! - він їв водень. Він обжиратися воднем, купався в ньому. Причому йому-то не треба було виколупувати цей водень звідусіль, як родзинки з булки: він їв тільки чистий продукт. Біохіміки називають цю манеру «шляхом Вуда-Люнгдаля».

Де ж він брав цей водень в таких кількостях? Про це Дюссельдорфської генетикам теж донесли відібрані ними гени: частина з них явно мала на увазі, що загальний предок був термофіли. Тобто жив там, де гаряче. Тобто, очевидно, в підводних вулканах: саме там водень виділяється - і в набагато більшій кількості виділявся, коли планета була молодшою, - із земної кори.

Ось як, по всій видимості, жив наш з вами - а також Зайкин, Рибкін, медузін і Йолкін - загальний предок.

широка перспектива

Деякі, в тому числі навіть в нашій редакції, вважають, що ми тут пишемо про науку, зокрема, для того щоб читач дізнався, які чудові гаджети будуть у наступного покоління хіпстера. Але наша таємна мета інша: ми хочемо відкрити читачеві широку панораму світу, в якому він має честь проживати, щоб, зустрівшись на тому світі з Творцем і дізнавшись всі подробиці, читач виявився хоч трохи до цього підготовлений. Так ось, що нового додає в нашу картину світу новина про предка, пожирав водень?

Деякі нащадки того предка за минулі 4 млрд років змінилися не дуже сильно. Сучасні мікроби, метаногени і клостридії, здається, живуть рівно тим манером, як жив загальний предок всього живого. І все ж подібні створення зараз досить екзотичні: навряд чи багато хто з нас зустрічали у своєму житті архею-метаногени. На перший погляд, майже вся наша біосфера зараз отримує енергію від сонечка, в основному за допомогою фотосинтезирующих зелених рослин. На другий погляд - теж, і харчуються воднем бактерії - не виняток.

Весь той водень, який їли і понині їдять спеціалізуються на ньому тварі, - продукт фотолізу води: він виходить, коли аш-два-о ловить сонячний промінчик і від задоволення розвалюється на атоми. Якби не денне світило, його б тут і не було, так що банальна думка про Сонце як джерело життя абсолютно вірна. Зате тепер ми можемо побачити в цій банальності нові нюанси: зелені рослини, які нас годують, просто повторили те, що перед цим робила за них вся планета. Ловлячи фотони, розбивають ними воду, добувають водень, беруть з нього електрони. Електрони біжать вниз по енергетичній сходах, що проходить крізь всю біосферу. І ось це, власне, життя і є.

За мільярди років ця загальна схема обросла безліччю прекрасних подробиць. Тільки дуже уважний погляд помітить дивну звичку всього живого виколупувати водень з їжі, а неуважний і зовсім скользнет повз. Але тепер ці дрібниці набувають для нас сенс. Виходить, що вся наша біохімія - зовсім не ідеально розроблена технологія використання доступних ресурсів, а продукт випадкової і хаотичною переробки старовинного процесу, який сам в наш час давно став екзотикою. Може, якби ми починали з чогось іншого, то і дерева наші не були б зелені, і не киснем б ми дихали, а чортзна-чим, і їли б не булку з салом, а якісь аллюм-калієві галун. Нерозумно навіть загадувати. Якщо хочете визначення життя, єдино коректне на сьогоднішній день, то ось воно: «Життя - це така фігня, яка виходить на виході, коли два бульбашки з органікою починають конкурувати за що виділяється з вулкана водень». Решта - поки фантазії.

Чи вдалося нам вирвати читача з мереж буденності і відкрити перед ним сяючу таємницю життя - незрозуміло. Ну, може, трохи. Але ось так, по чуть-чуть, ми з первісного водородоеда і перетворилися в мислячий вінець еволюції (а інші з нього ж - в клостридія).

Поділися в соціальних мережах: