Омела, или что бывает, когда тебя забыли боги
О том, что про омелу забыли боги, известно из скандинавской мифологии
Оптимистический и позитивный взгляд на природу таков: вся земная биосфера — гармоничная семья существ. Они живут по общим законам (которые, собственно, называются «биологией») и окружены неусыпной заботой таинственных высших сил — эти силы можно называть «эволюцией», а можно так, как вам по какой-то причине удобно или привычно их называть. Однако иногда, крайне редко, высшие силы забывают о ком-то из своих несмышленых чад и бросают их на произвол судьбы. Тогда начинаются всякие странности. Именно это и случилось с растением омелой.
О том, что про омелу забыли боги, известно из скандинавской мифологии
Фригг, мать светлого Бальдра, закляла все живое и неживое на земле, чтобы оно не могло причинить вреда ее сыну. Но по какой-то причине Фригг забыла заклясть омелу. Вследствие коварных проделок Локи из древесины омелы и была сделана стрела, попавшая в сердце Бальдру.
Поскольку Одина, Фригг, Бальдра и Локи, равно как и прочих богов, на самом деле не бывает, впору задуматься, а что же на самом деле не так с омелой — паразитическим растением, приходящимся дальним родственником сандаловому дереву. Не зря же эту самую омелу особо почитали разные культуры, от кельтов, варивших из нее волшебные зелья, до современных англосаксов, имеющих привычку целоваться под ней на Рождество.
С точки зрения биологов омела ничем особо не выделялась. Ну да, она вроде бы ядовита. Да, это паразит, сосущий соки растения-хозяина. Однако такие манеры далеко не редкость среди цветочков: в эволюции растений паразитизм независимо возникал как минимум дюжину раз.
Однако с омелой действительно кое-что фундаментально не так
И выяснилось это совсем недавно. Загадки начались, когда биологи расшифровали геном митохондрий омелы.
Митохондрии — это древние бактерии, населяющие клетки всех без исключения высших организмов. Их роль в том, чтобы снабжать вас (а также китов, парамеций, лютики, подберезовики и всех прочих) энергией. Эти бывшие бактерии избавились практически от всех своих генов, кроме тех, что нужны для одной, но амбициозной задачи: они сжигают сахар с помощью кислорода, за счет этого создают на своей мембране электрический потенциал и уже с его помощью синтезируют АТФ — вещество, служащее всему живому энергетической валютой.
Именно для этого нам нужен кислород, и именно этот процесс биохимики называют дыханием. Передача электронов от глюкозы к кислороду — сложнейшая химическая процедура, в которой последовательно участвуют несколько молекулярных машин, образующих конвейер доставки электронов. Перейдя миллиард лет назад к жизни внутри клеток, митохондрии утратили практически все свои жизненные функции, но вот гены, необходимые для дыхания, сохранили в целости — без них эти бывшие бактерии просто стали бы никому не нужны.
Это относится ко всем митохондриям всех организмов земли — кроме омелы. Расшифровав их геном, генетики испуганно заморгали и начали тереть себе лбы. Это оттого, что они не нашли в митохондриях омелы работоспособных генов дыхательного комплекса I, без которого переносить электроны к кислороду — то есть дышать — совершенно невозможно. О’кей, сказали себе генетики: видимо, митохондрии омелы зачем-то передали эти гены растению-хозяину, хотя другие существа в таком поведении никогда замечены не были. Но что-то пропавшие гены все никак не находились.
Ну хорошо, сказали себе биологи, гены первого дыхательного комплекса куда-то делись, но дышать-то омеле надо? Теперь внутрь омелы полезли биохимики, стали искать, как же она это делает. И, наконец, опубликовали окончательный вердикт.
У митохондрий омелы действительно нет дыхательного комплекса I. То есть омела не способна дышать. Остальные дыхательные машинки — очевидно, уже совершенно ненужные — присутствуют, но их активность сильно уменьшена. Таким образом, обнаружен первый и единственный из многоклеточных организмов, который живет, но при этом не дышит. И это не какая-то экзотика, а очень распространенное растение, украшающее дома многих европейцев и даже отчего-то ставшее тотемным растением штата Оклахома.
Почему именно омела, из всех существ земли, избрала образ жизни зомби? Догадаться об этом можно: растение-паразит имеет неограниченный доступ к жизненным сокам хозяина, а значит, у него нет нужды экономить пищу. Вероятно, омела приспособилась синтезировать нужный ей АТФ, перерабатывая хозяйский сахар одним из расточительных способов вроде брожения (как это делают, к примеру, дрожжи). Однако паразитических организмов известно множество, и никто из них вроде бы не решился вот так разом отбросить главное завоевание многоклеточной жизни на земле, покончить с дыханием и отказаться от услуг симбионтов-митохондрий как энергетических станций. Омела сделала это.
Впрочем, гораздо раньше нечто подобное проделал и общий предок всей многоклеточной жизни на планете: когда первая эукариотическая клетка передала своим митохондриям всю ответственность за свое дыхание, она по существу сделала тот же решительный шаг — отказалась от дыхания и навеки обрекла себя на зависимость от своих симбионтов-митохондрий. Биологи-теоретики уже много лет носятся со своей «гипотезой Черной королевы»: она как раз о том, как разные организмы, положившись друг на друга на одном конкретном этапе совместной эволюции, навсегда теряют важные способности и остаются зависимыми друг от друга во веки веков. Кстати, с этими гипотезами и королевами у русских переводчиков возникла неловкая путаница: см. приложение в конце этой заметки.
Но теория теорией, а для биологов вся эта история с омелой куда более экзотична, чем любые выдумки древних скандинавов о забывчивой Фригг и ее заклинаниях. Но вот что любопытно: откуда эти самые викинги знали, что именно омела — единственное исключение из установленного богами правила жизни на земле? «Интуиция», — скажете вы. Видимо, это и правда полезный инструмент познания — по крайней мере до тех пор, пока у вас нет молекулярной биологии.
Путаница с королевами и проблемы переводной популяристики
Русскоязычные читатели научной популярщины наверняка встречали в книжках упоминание о «гипотезе Черной королевы», но беда в том, что та королева на самом деле была красной.
Речь идет о героине Льюиса Кэрролла, которая объясняла Алисе, что в ее мире надо очень быстро бежать, если хочешь оставаться на месте. Этот красивый образ много лет назад использовали биологи, рассуждавшие о том, зачем у высших организмов появился секс (например, Уильям Гамильтон). Они предположили, что секс — залог изменчивости, обеспечивающей живым тварям успех в соревновании с паразитами. Паразит приспосабливается к конкретному виду-хозяину, и если он приспособится слишком хорошо, не миновать страшной эпидемии. Поэтому организм-хозяин вынужден постоянно меняться, не стремясь ни к какой конкретной эволюционной цели — это просто перемены ради перемен. Но и паразит меняется следом за ним. Так эти двое и бегают изо всех сил друг за дружкой миллионы или миллиарды лет, никуда при этом не попадая, в точности как описала героиня Кэрролла.
В английских книжках вся эта история называется Red Queen Hypothesis — это потому, что именно так называлась та королева у Кэрролла. Там, собственно, сперва появляется карточная Queen of Hearts — дама червей, а потом и Red Queen, то есть шахматная антагонистка Белой королевы (в которую предлагалось превратиться самой Алисе). Русские переводчики Кэрролла как-то решили не париться с этими нюансами красного и сделали королеву Черной — в соответствии с современными названиями шахматных фигур.
Кэрролл от этого не пострадал, зато пострадали книжки по биологии. В этих англоязычных книжках можно встретить и гипотезу Черной королевы, и гипотезу Красной. О Красной мы уже рассказали, а Черная королева — это пиковая дама из карточной игры, взять которую означает непоправимый проигрыш. Гипотеза Черной королевы в биологии описывает как раз ту коллизию, о которой шла речь выше: двум организмам, вступившим в симбиоз, в какой-то момент выгодно избавиться от части своих функций, переложив их на нового приятеля. Даже не то чтобы выгодно, а просто за это не положено никакого наказания от естественного отбора: приятель-то вот он, под рукой, к чему дублировать его работу? Долгосрочные эволюционные последствия этого ужасны: утраченную функцию не вернуть. В результате — вечная зависимость симбионтов друг от друга. Ну или альтернатива — восстановление утраченной функции на пустом месте, часто из совсем другого материала.
Конечно, от переводчика англоязычной научно-популярной книжки — как правило, низкооплачиваемого — не приходится ждать, чтобы он слышал об обеих этих гипотезах. Если же он случайно переведет Red Queen как «Красную королеву», на него зашикают другие переводчики, обзовут невеждой, станут пугать Ниной Михайловной Демуровой и объяснять про старинные английские названия шахматных фигур, всю вот эту муть.
В результате читатель загнан в досадный тупик. Погуглите «гипотезу Красной королевы» — на вас свалится мешанина из черного и красного, адресующая читателя к идее Билла Гамильтона. Погуглите «гипотезу Черной королевы» — результат будет тот же. А про историю «дамы пик», то есть настоящую Black Queen hypothesis, которая про симбиоз, узнать что-то таким способом, скорее всего, не получится вообще. Из переводной литературы путаница с королевами проникла уже и в отечественную, и исправить ситуацию теперь можно только пространными подстраничными сносками. Но и этого никто не делает — так и ходят из книжки в книжку две гипотезы с одинаковыми названиями.
