33. Сосед, переехавший внутрь

Двенадцать лет японские микробиологи из группы Хироюки Имати добивались, чтобы в пробирке рос один-единственный микроб. Ил для него подняли в 2006 году с глубины двух с половиной километров у берегов Японии, с места, где со дна сочится метан. Сначала ил годами стоял в проточном реакторе, где держали холод морского дна, потом его ещё годами пересевали из пробирки в пробирку. Наконец в одной из них устойчиво пошёл в рост крошечный шарик с длинными ветвящимися выростами. Делится он раз в две-три недели. Кишечная палочка в хороших условиях сменила бы за это время около тысячи поколений.

Медлительность в нём не главное. Главное, что один он не растёт. Он ест аминокислоты и отдаёт водород соседу, который делает из этого водорода метан. Сосед нужен, чтобы водород не копился: чем его больше вокруг, тем невыгоднее разбирать еду. Вырастить микроба без соседей так и не удалось, а под микроскопом его выросты иногда обвивают партнёров. Так живут соседи в микробном мате: отходы одного становятся едой другого. Назвали его в честь Прометея, который принёс людям огонь.

Прометей принадлежит к асгардовым археям, донным микробам, которых называют по именам скандинавских богов, и это первый из них, выращенный в лаборатории. По современным родословным деревьям именно внутри этой группы когда-то выросли все клетки с ядром. Жизнь привыкли делить на три равные ветви: бактерии, археи и клетки с ядром. Выходит, что ветвей две, а мы — побег архей. Прометей при этом нам не предок, а дальний современный родич. Но по нему видно, каким мог быть хозяин, который однажды взял к себе бактерию, умевшую дышать. Её потомки живут почти в каждой твоей клетке и называются митохондриями.

Сосед по мату может уйти. Сосед внутри постепенно теряет эту возможность. Свободноживущие родственники предка митохондрий носят тысячи генов, а в митохондрии человека их осталось тридцать семь. Если считать гены страницами, от толстого тома осталась тонкая тетрадка. Остальное выброшено или переписано в ядро хозяина, и больше тысячи белков, из которых собрана митохондрия, почти целиком делаются снаружи и доставляются внутрь. Без этих поставок она встаёт. Бывший организм стал органом клетки, и двое, которые когда-то размножались каждый сам по себе, теперь переходят к потомкам только вместе.

У этого целого появляется то, чего не было ни у одного из двоих. Внутри клетки вырастают комнаты, и главная из них ядро. ДНК отгорожена оболочкой от цеха, где по её копиям собирают белки: архив отделился от производства. Упаковывать ДНК умели и археи, но ядро и сложная система пометок на упаковке дают клетке долгую память о том, какие гены открыты, а какие заперты. Появляются умение глотать другие клетки целиком и аккуратное деление, при котором хромосомы раздаются дочерним клеткам поровну.

Кое-что хозяин принёс с собой. Скелет из белковых нитей, которыми сложная клетка меняет форму, в зачатке был уже у архей: у второго выращенного асгардового микроба, из прибрежного ила в Словении, внутри нашли сеть таких нитей. Леса стояли ещё до прихода жильца. А жилец принёс энергию. Каждый день твои митохондрии заново собирают энергетическую монету клетки, и за сутки её набирается примерно столько, сколько весишь ты сам. Электростанцией их работа не исчерпывается: они собирают детали, без которых не работают многие белки, и участвуют в решении клетки умереть.

Сложную клетку определяет не размер. Обычно рядом с бактерией она как бочка рядом с кружкой, но самая маленькая свободноживущая водоросль с ядром мельче кишечной палочки. Дело в комнатах, а не в литрах. В том сжатом году земной истории, где древнейшие микробные маты появились в конце марта, первые бесспорные окаменелости клеток с ядром приходятся на вторую половину августа. Больше половины своей истории жизнь прожила без них. Сравнение генов относит общего предка сложных клеток на несколько недель раньше, и насколько именно, спорят.

Митохондрия, судя по всему, появилась один раз: у всех изученных сложных клеток она есть или была у предков. Все грибы, растения, животные и амёбы происходят от одного удачного союза. Позже в одной ветви он повторился с другим жильцом: предок растений и водорослей принял в себя бактерию, питавшуюся светом, и она стала хлоропластом, зелёным тельцем внутри клетки. В клетке листа живут потомки двух бактерий. Одна дышит, другая ловит свет.

Мысль, что органы клетки когда-то были отдельными микробами, в 1905 году высказал русский ботаник Константин Мережковский, как раз про хлоропласты. Больше полувека её считали курьёзом. Потом в митохондриях нашли собственную ДНК, а в 1967 году молодая преподавательница Линн Саган, позже Маргулис, собрала доводы в одну большую статью. По её словам, прежде чем статью напечатали, её отвергли около пятнадцати журналов. Спор решили молекулы: в конце семидесятых сравнили детали белковых фабрик митохондрий, хлоропластов и бактерий, и почерк совпал.

Как именно жилец оказался внутри, неизвестно. Одни считают, что хозяин уже умел глотать и просто не переварил обед. Группа Имати, глядя на выросты Прометея, предложила другое: будущий хозяин постепенно обвил партнёра, от которого зависел, и втянул его в себя. Спорят и о том, что было раньше, сложность хозяина или жилец, и была ли новая энергия причиной всей сложности или только подспорьем.

Отсюда лестница расходится натрое. Из клеток, которые помнят, какие гены у них включены, складывается организм: одна и та же ДНК в одной клетке делает мышцу, в другой кость. Тела с тканями выросли только из сложных клеток, причём несколько раз независимо, хотя большинство сложных клеток так и живёт поодиночке. Здесь же возникает особое деление, при котором гены двух родителей перетасовываются, а с ним пол и вид как сообщество тех, кто скрещивается между собой. А из скелета, внутренних дорог и пузырьков, которыми клетка выбрасывает сигнал наружу, получится нейрон, способный протянуть отросток от позвоночника до пальцев ноги. Электрические волны бегут и по бактериальной биоплёнке, но нервную клетку смогла построить только сложная. Все три ветви стоят на одном и том же соседе, переехавшем внутрь.

Союз двух микробов повторится этажом выше, только договариваться будут одинаковые клетки: жившие поодиночке, они начнут размножаться только вместе, и большинство из них откажется размножаться вовсе.