Евгений Плисов - Научное мировоззрение изменит вашу жизнь. Почему мы изучаем Вселенную и как это помогает нам понять самих себя?

Жизнь тем временем не спит и продолжает развиваться. Появляются первые эукариоты, то есть существа, состоящие из клеток с ядром. У прокариотов, доядерных, генетический материал находится в бульоне цитоплазмы чаще всего в виде кольца. Это кольцо называется нуклеоид и представляет собой одну бактериальную хромосому. Это выгодно, когда вы боретесь за максимально быстрое размножение. Кишечная палочка (Escherichia coli), всем известный обитатель человеческого тела и тел других млекопитающих, способна делиться при оптимальных условиях каждые 20 минут. При каждом делении она удваивает свою численность, и нетрудно подсчитать, что, если бы ей никто не мешал, за несколько суток она покрыла бы земной шар многометровым слоем. Однако способности ее адаптации небезграничны, поэтому ей приходится довольствовать тем местом, куда ее определила судьба, то есть кишечником. Остается один нюанс: каким образом она может делиться раз в 20 минут, когда ее генетический аппарат рассчитан на деление раз в 40 минут? Просто физически прочитать и скопировать свой генетический код ее клетка может только за 40 минут, не меньше, но при этом она резво и бодро делится за 20. Чудо состоит в следующем: во время копирования кольца ДНК клетка начинает создавать еще одну копию, с только-только проклюнувшейся копии. Когда скопированное кольцо отделится от «материнского», оно само уже наполовину станет матрицей для копирования следующего. В итоге клетка разгоняет свою копировальную машину настолько, что вдвое превышает физический предел нормального деления. Хочешь жить — умей вертеться, а в данном случае — умело пользуйся встроенным в тебя принтером.

Как именно появились первые эукариоты, а точнее — как они стали обладателем ядра, не совсем понятно. Но в чем специалисты сейчас уверены, так это в том, что первые ядерные организмы тесно сотрудничали с доядерными. Дышащие бактерии взаимодействовали с эукариотами и образовывали симбиотические связи. Похожие отношения между бактериями сейчас можно наблюдать, например, в кишечнике мучнистых червецов. Вы даже могли с ними встречаться: эти насекомые любят покрывать некрасивым белым налетом драгоценные комнатные растения. В клетках кишечника червецов живет бактерия, в которой, как в матрешке, живет другая, еще более мелкая бактерия. Получается тройная матрешка. Червецы получают необходимые для жизни и роста аминокислоты из этих бактерий, снабжая их соком растений. Они работают как своеобразный конвейер: одна бактерия начинает цепочку синтеза, другая ее заканчивает. Соответственно, поодиночке они не в силах справиться с суммарной задачей — только вместе. Исследователи не могут даже с уверенностью заявить, что эта бактерия представляет собой «живой организм», настолько она непохожа на всех остальных. Скорее всего, она уже стала переходной формой между бактерией и органеллой, помогающей клетке-хозяйке выполнять свои функции. Геном этой странной бактериальной органеллы вмещает в себя лишь 121 ген, это минимальный на сегодня известный бактериальный геном. Правда, поскольку она такая странная, ее в расчет не берут и присуждают первенство искусственно созданной бактерии Mycoplasma laboratorium с ее 473 генами.

История этой микоплазмы крайне необычна. Двадцати ученым из лаборатории синтетической биологии в Институте Дж. Крейга Вентера была поставлена задача найти бактерию с минимальным геномом. Ее нашли, ею оказалась бактерия Mycoplasma genitalium, внутриклеточный паразит, вызывающий различные заболевания мочеполовых путей и дыхательного тракта. За мочеполовую систему она и получила свое название. Чем более специализированным паразитом вы являетесь, тем меньше вам нужно счастья для жизни, а именно собственных усилий. Питательные вещества плавают вокруг вас — кушай и радуйся. Mycoplasma genitalium содержит в своем геноме лишь 525 генов, и ей этого достаточно. Для сравнения, средний геном кишечной палочки, Escherichia coli, содержит порядка 5 тыс. генов. Исследовательская мысль неостановима, поэтому возник новый вопрос: а как много генов можно у нее удалить, чтобы она осталась живой? Ученые начали удалять по одному гену и следить за бактерией. Оказалось, что в ее геноме лишь 382 гена являются критически необходимыми, то есть удаление любого из них приводит к остановке жизнедеятельности клетки. Довести бактерию до столь маленького генома оказалось нереально, поскольку многие гены работают в связке друг с другом, и минимальный геном, которого удалось добиться, составил 473 гена. Созданную бактерию назвали Mycoplasma laboratorium, поскольку ее жизнь очень сильно зависела от тепличных лабораторных условий.