Большая группа ученых во главе с Джиллиан Банфилд из Калифорнии опубликовала статью, где представлено эволюционное древо всего живого на Земле.

Сама статья довольно несложная, и прочесть ее может, в принципе, любознательный читатель без специальной подготовки. Менее любознательный читатель, причем уже совершенно безо всякой подготовки, может прочесть популярную заметку в New York Times.

А само древо жизни выглядит так (нажмите на картинку для увеличения):

Объяснять, что на этом дереве где и почему, можно неделями. Поэтому мы ограничимся ответами на вопросы читателей, своего рода «прямой линией». А поскольку читатели могут спросить про какую-то неинтересную чепуху, эти вопросы мы, как это нередко бывает, сами же и сформулируем.

Что это?

Это древо жизни, то есть родословная разных тварей, обитающих на нашей планете. Расстояние, которое нужно проползти по этому дереву от одного организма до другого, пропорционально «эволюционной дистанции», то есть числу отличий в парах родственных друг другу генов. Биологи расшифровывают пары похожих генов у разных организмов, а потом заставляют большой-пребольшой суперкомпьютер подбирать подходящий порядок ветвления, чтобы картинка наилучшим образом соответствовала данным.

Кто все эти твари?

В основном бактерии. Исключение составляет правый нижний хвостик, где одну из веточек составляют все известные многоклеточные существа (об этом см. ниже). Поскольку бактерии — главный герой исследования, оно было опубликовано в журнале Nature Microbiology.

Где у этого дерева корень? Кто от кого произошел?

У этого дерева нет корня, поэтому ученые-эволюционисты называют его «неукорененным». Дело в том, что мы же имеем дело только с современными живыми существами, то есть как бы смотрим на дерево со стороны кроны и корня не видим. Считайте, что есть третье измерение (перпендикулярное плоскости картинки), где как раз могло бы быть представлено развитие ситуации во времени, от предка к предку, но мы о нем можем только догадываться. Идея о том, что все эти твари произошли от общего предка, то есть концепция эволюции, в данном случае просто гипотеза, которую в эту картинку не заложили. Ну да, там где-то есть точка, откуда все растет, но где она — неизвестно. Видимо, ближе к серединке.

Пояснение для зануд: Замена «букв» в генах — процесс, который вообще-то может идти в обе стороны. Если мы, к примеру, будем двигаться по эволюционному древу от человека к шимпанзе, мы сперва станем опускаться вниз, к общему предку, и по дороге встретим какие-то мутации, замены букв. Потом, дойдя до общего предка, мы двинемся обратно, уже по ветке, ведущей к шимпанзе, — и там опять будут встречаться мутации. Но, глядя только на отличия человека от шимпанзе, мы не можем сказать, «в какую сторону» происходили те или иные мутации.

Можно ли построить «укорененное» дерево? Да, если использовать эволюционные события, способные идти только в одну сторону. Например, удвоение гена и последующее накопление различий в двух копиях — процесс, который вполне возможен, а зато противоположный ему — крайне маловероятен. В отдельных фрагментах древа жизни, где подобные события удалось найти, можно сделать разумные предположения о том, как обстояли дела у «общего предка», то есть найти корень дерева. Но для всего живого в целом этот корень можно только предполагать гипотетически.

Главный вопрос: где на этом дереве мы?

На нижней правой ветке есть один маленький сучок, подписанный Opisthokonta (или Заднежгутиковые). Эта группа включает в себя некоторых простейших, а также все грибы и всех животных. Где лично у вас этот задний жгутик? Если вы существо мужского пола, то в сперматозоидах. У существ другого пола от этого жгутика тоже кое-что произошло, но в чистом виде, кроме как у сперматозоидов, его в наших организмах не сыскать.

Другой сучок на той же ветке подписан Archaeoplastida, и он включает все растения. Кроме как на этих двух сучках одной ветки, никаких многоклеточных существ на древе жизни больше нет. Мы недавно писали о том, насколько сложно было инженерам божественного КБ придумать многоклеточных существ. Так вот из этой картинки все еще очевиднее: и мы, и елки, и подосиновики — лишь варианты одной-единственной дизайнерской идеи. Причем, видимо, реализованной относительно недавно: судя по пропорциям дерева, бактерии эволюционировали раза в три дольше, чем многоклеточные.

Что означают красные точки на картинке?

А, ну так это же самое интересное! Красными точками отмечены группы организмов, из которых ни один вид не был исследован в лабораторных условиях. В том числе огромный куст в правой части дерева, где красными точками помечены абсолютно все ветки. Похоже, огромная древняя суперсемья бактерий до сегодняшнего дня укрывалась от внимания микробиологов.

Если это все неизвестные виды, как же авторы работы расшифровали их гены?!

Это, собственно, главная изюминка работы. Она была отчасти основана на «метагеномных» исследованиях — это когда расшифровывают не геном отдельного организма, а все-все геномы, которые встречаются в какой-то природной среде. Например, в луговой почве или в озерном иле. По словам главного вдохновителя работы профессора Джиллиан Банфилд, именно обычный травянистый луг оказался средой, наиболее богатой всевозможными неизвестными формами жизни. Вообще при построении древа были использованы около 2000 известных организмов плюс 1000 «призрачных», о существовании которых известно только благодаря метагеномике.

Чем это новое древо отличается от предыдущих древ?

Во-первых, как мы уже сказали, главное отличие — «метагеномный» подход. Во-вторых, очень важно, какие именно гены выбраны для сравнения. Гены эти должны быть настолько древними и универсальными, чтобы присутствовать у абсолютно всех охваченных организмов. В данном случае это гены шестнадцати рибосомных белков, то есть компонентов клеточной фабрики, которая собирает белки из аминокислот. Разумеется, эта штука есть у нас у всех (кроме вирусов; потому-то вирусов на этом дереве вы не найдете).

Это не очень стандартный выбор; классические деревья строились на генах рибосомных РНК. Благодаря этому выбору, например, удалось наконец-то четко увидеть, что все эукариоты (то есть все многоклеточные существа и одноклеточные простейшие) — не независимая ветвь, а относительно близкие родственники архебактериям (Archaea). На прежних деревьях это родство то просматривалось, то нет, но никогда не было настолько неопровержимо наглядным.

И наконец, целая огромная ветвь бактерий, из которой ни единый организм не был доселе выделен в лабораториях, тоже что-то новенькое. Если вывод подтвердится (потому что, конечно, одна-единственная работа, даже такая масштабная, уверенности не дает), это очень важное открытие в биологии.