Прадядо ти е ял водород

Манатарките, брезите, медузите и хората датират от един и същ предшественик. Или нека го кажем така: някои от вашите предци са имали, освен вас, такива нещастни потомци като стафилококи.

Ако имате богато въображение, тази идея няма как да не ви изуми. Удивителното при нея, по-специално, е следното: потомците винаги са по някакъв начин подобни на предците. При гъбичките, гъбите все още се раждат предимно гъби, добре, с изключение на това, че шапките са по-тъмни или по-светли. От това следва, че някога е живяло същество, нещо подобно едновременно. тук за всичко по-горе и за още десет милиона вида живи същества. Иска ми се да можех да погледна такова плашило.

Ето как, добре или нещо подобно, изследователите от Дюселдорф формулират своята задача. И след като формулираха, те написаха статия под заглавие: „Физиология и местообитание на последния общ прародител“. Ако харесвате спойлери, можете да го прочетете веднага и да разберете развръзката.

Но по-добре да започнем малко отдалеч, за да запазим интригата.

Относно етикета на масата

Общият прародител на всички живи същества очевидно трябва да има нещо общо с всички живи земни създания. Какво може да ни обедини като цяло? Медузи, бреза, хората дишат кислород; но има много същества на Земята, за които този кислород е изключително неприятен. И не е изненадващо: някога на нашата планета не е имало кислород. Всъщност всичко е образувано именно поради активността на живите същества, така че дишането очевидно е вторичен признак на живот.

Съставени сме предимно от въглерод, кислород, азот и водород - изглежда, че природата е прочела внимателно само първия ред от творението на Менделеев, а останалото е минало по диагонал. Създадени сме от протеини (сега това вече е нещо!) И съхраняваме важна информация под формата на ДНК (почти всички от нас, с изключение на вируси). Но това не е достатъчно, за да разберем как е живял и живял нашият общ прародител.

О, има още нещо: ние получаваме енергия от храната. Храната на всеки е различна: парче бекон върху пшеничен хляб или 0,1% глюкоза в хранителна среда. Това, което правим с тази храна, също е въпрос на лични предпочитания: вие лично предпочитате да я окислявате с кислород, някои бактерии я окисляват с желязо, но винената мая обикновено използва свой собствен трик, наречен "ферментация", и те не се нуждаят от кислород за това ... Тоест консенсус не може да бъде намерен отново.

Или е успешен? Ако например сте били биохимик, може да забележите странни начини за боравене с храна в най-различни организми. Вземете поне същата глюкоза: въпреки че гордо се наричаме „живот на въглеродна основа“, но след като получихме на закуска молекула глюкоза (C6H12O6), живата клетка изглежда не обръща специално внимание на този точно този въглерод (С). Някои - например ние, когато дишаме - дори го излъчват веднага под формата на въглероден диоксид (CO2). Но клетката е много внимателно износена с водород. Тоест буквално изважда стафиди от ролка, като се наслаждава на всяко съдържание на водород, изсмуква всеки от неговите електрони и внимателно отлага образуваните протони на ръба на плочата, които след това също влизат в действие. Интересното е, че свинската мас върху пшеничен хляб (т.е. мастни киселини и нишесте) се поглъща от вас по абсолютно същия начин.

Зелените растения не ядат. Вижте обаче какво правят по време на фотосинтезата: цялата тази красива слънчева светлина се използва за извличане на водород от водна молекула (между другото, абсолютно същият процес - разграждането на водните молекули от слънчевата светлина - естествено се случва в световния океан, макар и много по-бавен ). Кислородът се излъчва и електроните от вкусния водород са окачени на молекула СО2, която успешно е попаднала под ръка. От това просто се получава глюкоза сама по себе си, която може да се яде, отново, в крайна сметка, откъсвайки пикантните частици водород от въглеродната рамка.

Ако всички ваши роднини, след като почистят воблата, погълнат първо хайвер, най-вероятно те са научили това от общия ви дядо. Ако всички ваши роднини, включително дрожди и спирохети, първо избират водород от всички видове храни, това вероятно е наследството на вашите общи предци. Засега това е само предположение, но какво! Организмът, който се храни с водород, на пръв поглед е доста екзотичен за биосферата. И ако нашият общ прародител е бил точно такъв, това говори много за ежедневието му, сферата на интересите и непосредствената среда. Остава само да го докажем.

Анализ на родословието

Генетиците от Дюселдорф не си правят труда да сравняват медузи с бреза и манатарки: в широка еволюционна перспектива всички тези организми са твърде сходни, както наскоро писахме. Вместо това те се съсредоточиха върху двата основни клона на микроорганизмите - бактериите и археите - защото в нашата биосфера изглежда няма по-далечни роднини от бактериите и археите. Учените започнаха да разглеждат какви гени имат и двамата. Този метод се използва отдавна и едно неприятно обстоятелство го предотвратява: бактериите доста лесно обменят гени помежду си, така че не всичките им гени са наследени от техните предци. Следователно критерият беше строг: за да влезе в краткия списък, генът трябваше да присъства поне в двойка далечни бактерии и в двойка далечни археи.

Резултатите бяха както следва: от почти триста хиляди генни семейства (т.е. протеини, тъй като гените кодират протеини), открити при 2000 вида микроби, бяха избрани само 355 или една десета от процента, които, очевидно, бяха все още наследени от общ прародител всички живи същества. И от тези гени може грубо да се разбере какъв е бил този предшественик по характер и навици.

Да, разбира се, той знаеше как да синтезира протеини и да възпроизведе своята ДНК - никой не очакваше нищо друго. Той знаеше как да вземе въглероден диоксид от околната среда (растенията могат да направят това сега) и азот (но това почти изгубено умение остава собственост на шепа бактерии). И - о, да! - яде водород. Нажежи се с водород, изкъпа се в него. Нещо повече, той не трябваше да извлича този водород отвсякъде, като стафиди от ролка: ядеше само чист продукт. Биохимиците наричат това "Пътят на дървото-Лингдал".

Откъде е взел този водород в такива количества? Генетиците от Дюселдорф също са информирани за това от избраните от тях гени: някои от тях ясно подсказват, че общият предшественик е термофил. Тоест той е живял там, където е горещо. Това е, очевидно, в подводните вулкани: там се отделя водород - и то в много по-големи количества, когато планетата е била по-млада - от земната кора.

Ето как, очевидно, нашите са живели с вас - както и Зайкин, Рибкин, Медузин и Елкин - общ прародител.

Широка перспектива

Някои от потомците на този прародител не са се променили много през последните 4 милиарда години. Изглежда, че съвременните микроби, метаногени и клостридии живеят по същия начин като общия прародител на всички живи същества. И все пак, такива същества вече са доста екзотични: малко вероятно е много от нас да са срещали археите-метаногените в живота си. На пръв поглед почти цялата ни биосфера сега получава енергия от слънцето, главно чрез фотосинтетични зелени растения. На втори поглед също и бактериите, които ядат водород, не са изключение.

Целият водород, който съществата, специализирани в него, са яли и все още ядат, е продукт на водна фотолиза: той се получава, когато един или два хване лъч слънчева светлина и се разпадне на атоми с удоволствие. Ако не беше дневната светлина, нямаше да е тук, така че баналната представа за Слънцето като източник на живот е абсолютно правилна. Но сега можем да видим нови нюанси в тази баналност: зелените растения, които ни хранят, просто повториха това, което цялата планета беше направила за тях преди. Улавяйки фотони, те разбиват водата с тях, произвеждат водород, отнемат електрони от него. Електроните се спускат по енергийната стълба, която минава през цялата биосфера. И това всъщност е животът.

За милиарди години тази обща схема е придобила много прекрасни подробности. Само много внимателен поглед ще забележи странния навик на всички живи същества да избират водород от храната, а един невнимателен напълно ще се изплъзне. Но сега тези малки неща имат смисъл за нас. Оказва се, че цялата ни биохимия изобщо не е идеално разработена технология за използване на наличните ресурси, а продукт на произволна и хаотична промяна на стар процес, който самият отдавна е станал екзотика в наше време. Може би ако започнем с нещо друго, тогава дърветата ни няма да са зелени и няма да дишаме кислород, но Бог знае какво и не бихме яли руло с бекон, а някакъв стипца-калиев стипца. Глупаво е дори да мислим за това. Ако искате определението за живот, единственото правилно за днес, тогава ето: „Животът е такъв боклук, който излиза, когато два мехурчета с органични вещества започнат да се състезават за водород, отделен от вулкан“. Останалото е все още фантазия.

Дали успяхме да изтръгнем читателя от примките на ежедневието и да му разкрием блестящата тайна на живота, не е ясно. Е, може би малко. Но точно така, малко по малко, преминахме от примитивен водояд и се превърнахме в мислеща корона на еволюцията (а други от нея в Clostridium).