Бактерии – самые распространенные организмы на планете. Они вездесущи, встречаются в любой наземной или водной среде и растут даже в самых суровых условиях, будь то горячие или кислые источники, радиоактивные отходы, глубина морей или земной коры. Некоторые из них способны выживать даже в экстремальных условиях космоса, что было продемонстрировано учеными ЕКА
[51] и NASA.
Эти микроорганизмы невероятно многочисленны. Установлено, что в миллилитре пресной воды содержится миллион бактериальных клеток, в грамме почвы их уже около 40 млн. В общей сложности в мире насчитывается примерно 5 × 1030 таких микроорганизмов. Это поистине впечатляющее число свидетельствует о том, что бактерии миллиарды лет успешно колонизировали нашу планету
[52]. Однако в лабораторных условиях удалось вырастить пока менее половины известных бактерий; более того, считается, что бо́льшая часть существующих видов (возможно, даже до 90 %) еще не описана наукой.
Бактерий в человеческом теле примерно в 10 раз больше, чем собственных клеток (хотя последние гораздо крупнее), особенно на коже и в пищеварительном тракте. К счастью, большинство из них безвредны или полезны, но некоторые патогены могут вызывать инфекционные заболевания, подобные холере, дифтерии, проказе, сифилису или туберкулезу.
Это очень простые микроорганизмы. Ядра как такового у них нет, поэтому их называют прокариотами
[53]. Хромосома обычно одна – кольцевая, без начала или конца, и потому не имеет теломер
[54]. Но в эукариотических клетках
[55], с незамкнутыми хромосомами, концевые участки есть. Формулировка «бактерии»
[56] была придумана в 1828 г. немецким ученым Христианом Готфридом; в 1925 г. французский биолог Эдуар Шаттон предложил термины «прокариота» и «эукариота», чтобы различать организмы без ядра как такового (например, бактерии) и организмы с клеточным ядром (в том числе растения или животные).
Успешный естественный отбор позволил бактериям колонизировать все уголки планеты и породить бесчисленные разновидности, многие из которых неизвестны и по сей день. На самом деле эволюция этих организмов (как и остальных живых существ) все еще продолжается. Сначала считалось, что у них только одна, замкнутая, хромосома, но затем были обнаружены виды с бо́льшим количеством (среди них встречаются как кольцевые, так и линейные). Наблюдение за непрекращающимся экспериментом самой природы – занятие, которое поистине захватывает дух
[57].
С точки зрения естественного отбора доядерные клетки появились раньше прочих. Существуют и другие микроорганизмы без ядра – археи; они менее распространены и, возможно, возникли позднее бактерий, однако вместе с последними образуют надцарство прокариот. На эволюционном уровне также установлено, что около 4 млрд лет назад существовал последний универсальный общий предок – LUCA
[58], от которого произошли все имеющиеся формы жизни: сначала прокариоты (бактерии и археи), а потом эукариоты (включая существующих животных и растений). В основном генетическом материале всех живых существ присутствует как минимум 355 изначальных геном от ДНК прародителя, которые составлены из четырех азотистых оснований: аденина (A), цитозина (C), гуанина (G) и тимина (T)
[59].
На рис. 1.1 показано так называемое филогенетическое древо жизни, в котором четко прослеживаются две большие группы, называемые доменами, надцарствами, или империями. Это прокариоты (главным образом, одноклеточные организмы: бактерии и археи) и эукариоты (в основном, многоклеточные, представленные грибами, животными и растениями).
Биология очень сложна, эволюция длилась миллионы лет, и поэтому стоит отметить, что существуют как многоклеточные доядерные, так и одноклеточные ядерные организмы. Тем не менее большинство крупных эукариотов являются многоклеточными и содержат линейные хромосомы с теломерами на концах. И все они являют собою части великого филогенетического древа жизни, растущего от общего корня – LUCA.
Рис. 1.1. Филогенетическое древо жизни
С позиции воспроизведения при идеальных условиях выращивания бактерии могут считаться биологически «бессмертными». В наилучшей ситуации, когда при симметричном делении клетка производит две дочерние, новые возвращаются в молодое состояние. То есть при таком симметричном бесполом размножении каждое потомство эквивалентно юному родителю (за исключением некоторых вероятных мутаций при делении). Другими словами, микроорганизмы, которые используют подобный способ репродукции, можно считать практически вечными. Как мы увидим позже, в точно таком же ключе допустимо говорить о стволовых клетках и гаметах
[60] многоклеточных.
Испанские микробиологи из Барселонского университета Рикардо Герреро и Мерседес Берланга объяснили прокариотическое «бессмертие» следующим образом
[61]:
«Как ни странно, но конечные пункты назначения человека – старение и смерть – не были необходимы на заре жизни, и так продолжалось сотни миллионов лет. Классическое определение живого существа как того, кто “рождается, растет, размножается и умирает”, нельзя применять к доядерным организмам в той же мере, как к ядерным.
