У эукариот появились и новые способности в области обработки информации и управления телом, а значит, они могли более сложным образом реагировать на изменения в окружающей среде
[93]. У одноклеточной эукариоты инфузории-туфельки есть хороший трюк на случай препятствий. Если она с чем-то сталкивается, то отступает, поворачивает на несколько градусов, снова движется вперед и продолжает елозить туда-сюда, как неопытный водитель при параллельной парковке, пока не перестанет ни на что натыкаться. Фактически она составляет карту окружающей среды и выясняет, что делать дальше. Она использует информацию об окружающих условиях, чтобы ориентироваться в мире, избегать опасностей и находить энергию и пищу.
Как образовались первые эукариотические клетки? Биолог Линн Маргулис показала, что они возникли не в борьбе за выживание, а скорее в результате слияния двух существовавших видов прокариот. Сотрудничество между разными видами встречается нередко, это называется симбиозом. Сегодня человек состоит в жизненно важных симбиотических отношениях с пшеницей, рисом, крупным рогатым скотом, овцами и многими другими видами. Но Маргулис говорила о гораздо более радикальном виде симбиоза, при котором когда-то самостоятельные бактерии, в том числе предки современных митохондрий, в конце концов поселились внутри клетки из числа архей. Маргулис назвала этот механизм эндосимбиозом. Поначалу ее идея казалась безумной, потому что шла вразрез с некоторыми из самых основных представлений об эволюции путем естественного отбора, но теперь большинство биологов соглашаются с ее доводами.
Главное свидетельство в пользу эндосимбиоза – это тот странный факт, что некоторые органеллы внутри эукариот содержат собственную ДНК, весьма отличающуюся от генетического материала в ядре. Маргулис поняла, что такие органеллы, как митохондрии, которые распоряжаются энергией у животных, и хлоропласты, управляющие фотосинтезом в растениях-эукариотах, выглядят так, как будто когда-то они были самостоятельными прокариотическими клетками. Как именно они оказались внутри других клеток, остается неясным, и некоторые ученые утверждают, что такие слияния могли происходить исключительно редко. Тогда, наверное, можно сказать, что даже если организмы, подобные бактериям, распространены во Вселенной, то такие крупные, как мы, скорее всего, встречаются очень нечасто, потому что большой организм способны образовать лишь эукариоты – по крайней мере на нашей планете.
Открытый Маргулис эндосимбиоз говорит нам об истории жизни еще кое-что. Эволюция не ограничивается борьбой. Она также не ограничивается постоянной дивергенцией
[94] при появлении нового вида. Мы наблюдаем и сотрудничество, и симбиоз, и даже взаимопроникновение. Это означает, что нужно пересмотреть расхожую метафору древа жизни, потому что если продолжать считать, что все живое делится на три домена, то третий из них, эукариоты, по-видимому, появился не благодаря росту расхождений, а в результате сближения между археями и бактериями, как если бы две ветви древнего древа вновь соединились.
И, как будто все это было недостаточно странно, у эукариот в рукаве оказался еще один козырь – секс. Как и все виды, прокариоты передают свои гены потомству. Большинство из них просто делятся на две части и делают это путем бесполого размножения. Но, как мы видели, гены прокариот могут также уходить на сторону, когда кусочки ДНК и РНК покидают борт, отправляются путешествовать и находят новое пристанище в других клетках. Клетки прокариот пользуются генами, как люди – книгами из библиотеки. А вот эукариоты передают свои гены другим, более сложным способом, и только своему потомству, а чужим – никогда.
У эукариот генетический материал надежно заперт в сейфе ядра. Его выпускают только при очень строгих условиях, по более упорядоченным правилам и с большей разборчивостью, чем у прокариот, и все это влияет на то, как развиваются клетки эукариот. Когда эукариоты выделяют половые клетки – яйцеклетки и сперматозоиды, из которых образуется потомство, – они не просто копируют ДНК. Сначала ее смешивают. Эукариота обменивается частью генетического материала с другой особью своего вида, чтобы потомок двух родителей получил случайный набор генов: половину от одного родителя, а половину – от другого. Как генетические, так и физические механизмы этого замысловатого танца чрезвычайно сложны. Но в результате в эволюции случился новый поворот. Были гарантированы небольшие, но случайные генетические отклонения в каждом поколении, потому что, даже если бы большинство генов были одинаковы (в конце концов, оба родителя принадлежат к одному и тому же виду), крошечное их количество всегда будет чуточку разным. Стало больше вариантов, у эволюции появился более широкий выбор. Поэтому кажется, что в последний миллиард лет она ускорилась. Скучный миллиард лет протерозоя подготовил почву для гораздо более увлекательного времени – фанерозойского эона, эры крупных форм жизни.
6
Крупные формы жизни и биосфера
Пусть животные – глазурь на торте эволюции, но сам он состоит из бактерий.
Эндрю Нолл, «Жизнь на молодой планете» (Life on a Young Planet)
Крупные формы жизни
Мелкие формы жизни владели биосферой на протяжении 3,5 млрд лет и во многом продолжают это делать. Понадобилось 3 млрд лет, чтобы дойти от «Луки» до первых экземпляров крупной жизни – первых многоклеточных, или метазоа. Это говорит о том, что создать многоклеточный организм – задача гораздо более трудная, чем сформировать прокариот. Значит, если жизнь во Вселенной распространена, многоклеточные в ней должны встречаться редко. Среди живых организмов это новый уровень и тип сложных сущностей.
Чтобы задуматься о создании многоклеточных, необходимо было множество молекулярных механизмов. Нужны были надежные способы соединять миллионы клеток в определенные структуры; требовались новые каналы связи между клетками, новые способы учить их определенным ролям, управлять ими и передавать между ними информацию и энергию. Нужно было оборудование, чтобы создавать крылья, глаза, челюсти, сердца, усики, щупальца, плавники, раковины, скелеты, а также – ведь крупные организмы воспринимали информацию, обрабатывали ее и реагировали на нее в гораздо больших объемах – мозги. Это обширная новая инфраструктура.
Чтобы построить это оборудование, нужно было время, так что для создания многоклеточных планете Земля потребовалось еще одно условие Златовласки – стабильность. Благоприятных для жизни условий недостаточно. Они должны еще и подолгу сохраняться, чтобы жизнь могла продолжать развиваться и экспериментировать. Хорошо бы иметь стабильное солнце – наше для этого как раз подходит. По звездным меркам оно – добропорядочный член общества, который вряд ли выкинет что-нибудь совсем уж неожиданное. На нестабильных орбитах случаются бешеные климатические колебания, так что хорошо иметь стабильную планетарную орбиту. Наша Земля этому требованию тоже отвечает. Необычно крупная Луна помогла стабилизировать ее орбиту и наклон оси. И, как мы видели, тектоника плит, эрозия, а затем и сама жизнь послужили термостатами, которые не позволяли температуре на поверхности Земли скакать слишком сильно.
