Род с пеной

Более 150 лет назад Чарльз Дарвин предложил свою теорию эволюции, связав таким образом все живые организмы – от самых простых до самых сложных – в одну «семейную линию», предположив их наследственную генетическую общность. Это значит, что каждый червь, каждая божья коровка, каждая кошка и каждый человек содержат общий генетический материал, унаследованный от общего простейшего предка. Шли годы, теория эволюции модифицировалась, поисками ее подтверждений занимались палеонтологи и биологи, генетики и химики, однако формального «теста» на генетическую общность проведено не было.

Ученые из Университета Брандейса (Массачусетс, США) решили восполнить этот пробел. Их «проверочную работу» публикует Nature.

Результаты исследования, конечно, подтверждают правоту Дарвина.

В 1859 году в труде «Происхождение видов» он предположил, что «все живые существа, которые когда-либо жили на Земле, произошли от одной и той же изначальной формы». За последние сто лет качественные свидетельства правоты теории росли в числе как снежный ком. В виде ископаемых были найдены неожиданные переходные формы жизни, которые лучше всего иллюстрируют связь разных «поколений» живых организмов. Исследования на молекулярном уровне позволили показать заметное сходство ряда организмов на фундаментальном биологическом уровне.

Однако специалисты по эволюционной биологии до сих пор спорят, как правильно описывать «родственные» связи между живыми организмами: должно ли это быть единое древо или несколько связанных древ – «паутина жизни». Недавние исследования показали, что древние формы жизни не только развивались «вертикально», но и претерпевали заметный горизонтальный перенос генов, который происходит и сейчас у одноклеточных организмов. В этом случае ранние эволюционные связи все-таки были больше похожи на паутину – тогда и жизнь развивалась независимо из нескольких точек.

Однако автор нового исследования биохимик Дуглас Теобальд считает, что даже такая модель изначального развития не отменяет древовидной структуры эволюции.

«Давайте согласимся, что жизнь независимо зародилась много раз: этого не отвергает и эволюционная теория. Но тогда естественный отбор неминуемо приведет к точке «горлышка бутылки», через которое пробьются только представители самой перспективной формы, потомков которой мы и видим сейчас. С другой стороны, изначально раздельные популяции могли сливаться посредством того же горизонтального обмена генами. В любом случае все живые организмы на Земле все-таки генетически связаны», – считает он.

Для проверки своих гипотез ученый использовал сложные расчеты в рамках методов байесовой статистики. Разработанная модель показала, что правило общего происхождения видов работает вне зависимости от явлений горизонтального переноса генов или множественного зарождения жизни.

По статистике, вероятность существования «общего предка» в миллионы раз выше, чем любая из теорий независимой эволюции живых форм от разных «прародителей».

«Заметные достижения биологии последнего десятилетия позволяют нам сейчас проверять теорию Дарвина на совершенно ином уровне. Компьютерные мощности растут гораздо быстрее, чем происходит эволюционное накопление генетического материала», – добавил Теобальд.

Проводившиеся ранее работы по установлению общего происхождения рассматривали более узкие популяции (например, только среди позвоночных). Работа Теобальда – первое полномасштабное исследование, изучившая феномен существования единого предка у всех трех основных таксонов живых организмов: эукариотов (организмов, ДНК которых находится в оформленном клеточном ядре), бактерий и архебактерий (двух форм доядерных организмов). Предметом его изучения стали 23 универсальных белка, необходимых для жизни и найденных во всех известных организмах. Было выбрано по четыре представителя от каждого из трех таксонов.

Таким образом, поиск генетического сходства велся у архебактерий, производящих метан в кишечнике коров и людей, фруктовых мух, круглых червей, дрожжевых грибков, бактерий E. coli и туберкулезной палочки.

На этих примерах удалось показать, что предположение Дарвина о происхождении всех живых существ от одной древней формы верно. А как выглядел этот общий предок, где он жил? На этот вопрос пока нельзя ответить. «Мне кажется, это было что-то вроде пенки, жившей у поверхности океана или на глубине, у геотермальных источников. И на молекулярном уровне этот общий предок был устроен не менее сложно и красиво, чем современные формы жизни», – считает Теобальд.