Korene zamotaného genetického stromu

Korene zamotaného genetického stromu

Nasleduje úryvok z Zamotaný strom: Radikálne nové dejiny života od Davida Quammena.

Život vo vesmíre, pokiaľ vieme, a bez ohľadu na to, ako živo si to inak dokážeme predstaviť, je zvláštny fenomén obmedzený na planétu Zem. Existuje veľa špekulácií a pravdepodobnostných rezancov, ale žiadny dôkaz o opaku. Zdá sa, že matematické šance a chemické okolnosti naznačujú, že život by mal existovať niekde inde. Ale realita takéhoto alternatívneho života, ak existuje, je zatiaľ nedostupná. Je to dohad, zatiaľ čo pozemský život je skutočnosť. Nejaký ohromujúci objav mimozemských bytostí, ohlásený zajtra alebo budúci rok, alebo dávno po vašom a mojom čase, môže vyvrátiť tento dojem jedinečnosti Zeme. Zatiaľ je to však to, čo máme: život je príbeh, ktorý sa rozvinul iba tu, na relatívne malej skalnej guli v nenápadnom kúte jednej strednej galaxie. Je to príbeh, ktorý sa podľa našich najlepších vedomostí odohral len raz.



Prečítať knihu

Zamotaný strom: Radikálne nové dejiny života

Kúpiť

Podoba tohto príbehu v jeho širokých obrysoch, ako aj v jeho jemnejších detailoch, je preto predmetom určitej zaujímavosti.

Čo sa stalo v priebehu približne štyroch miliárd rokov, aby sa život dostal od jeho prvotných počiatkov do fluorescencie rozmanitosti a zložitosti, ktorú teraz vidíme? Ako sa to stalo? Akým spojením náhody a odhodlania priniesol tvory také úžasné, ako sú ľudia – a modré veľryby, tyranosaury a obrovské sekvoje? Vieme, že v evolučnej histórii došlo k zásadným prechodom, nepravdepodobným incidentom konvergencie, slepým uličkám, masovým vymieraniam, veľkým udalostiam a malým udalostiam s veľkými dôsledkami – vrátane niektorých osudových udalostí, ktoré po sebe zanechali dôkazy o ich výskyte nenápadne vložené do fosílnych záznamov. a živý svet. Zmeňte týchto pár nepredvídaných udalostí ako myšlienkový experiment a všetko by bolo inak. Neexistovali by sme. Zvieratá a rastliny by neexistovali. Prečo sa to stalo tak, ako sa to stalo, a nie inak? Náboženstvá majú svoje odpovede na takéto otázky, ale pre vedu musia byť odpovede objavené a potom podporené empirickými dôkazmi, nie prijímané v posvätnom tranze.

Táto kniha je o novej metóde jej odvodzovania a určitých neočakávaných poznatkoch, ktoré z novej metódy vyplynuli. Metóda má názov: molekulárna fylogenetika. Ak chcete, nakrčte nos nad touto fantazijnou frázou a ja s vami urobím vrásky, ale v skutočnosti je to, čo to znamená, celkom jednoduché: čítať hlbokú históriu života a vzorce príbuznosti zo sledu základných jednotiek v určité dlhé molekuly, keďže tieto molekuly dnes existujú v živých tvoroch. Ide najmä o molekuly DNA, RNA a niekoľko vybraných proteínov. Základnými jednotkami sú nukleotidové bázy a aminokyseliny – bližšie definícia tých, ktoré prídu. Neočakávané poznatky zásadne zmenili to, čo si myslíme, že vieme o histórii života a funkčných častiach živých bytostí vrátane nás samých. Predovšetkým prišli tri veľké prekvapenia o tom, kto sme – my mnohobunkové zvieratá, konkrétnejšie my ľudia – a čo sme a ako sa vyvinul život na našej planéte.

Jedno z týchto troch prekvapení zahŕňa anomálnu formu stvorenia, ktoré rozpráva tento príbeh, celú kategóriu života, predtým netušené a teraz známe ako archaea. (Ich meno sa používa ako formálna taxonomická kategória: Archaea.) Ďalším je spôsob dedičnej zmeny, ktorý bol tiež netušený, teraz nazývaný horizontálny prenos génov. Tretím je odhalenie, alebo aj tak vysoká pravdepodobnosť, o našom najhlbšom pôvode. My sami – my ľudia – pravdepodobne pochádzame z tvorov, o ktorých sa ešte pred štyridsiatimi rokmi nevedelo, že existujú.

Objav a identifikácia archeí, ktoré boli dlho mylne považované za podskupiny baktérií, odhalili, že súčasný život v mikrobiálnom meradle je veľmi odlišný od toho, čo predtým zobrazovala veda, a že raná história života bola tiež veľmi odlišná. Uznanie horizontálneho prenosu génov (HGT, v abecednej polievke odborníkov) ako rozšíreného fenoménu prevrátilo tradičnú istotu, že gény prúdia iba vertikálne, od rodičov k potomkom, a nemožno ich obchodovať bokom cez hranice druhov. Najnovšia správa o archeách je, že všetky zvieratá, všetky rastliny, všetky huby a všetky ostatné zložité tvory zložené z buniek nesúcich DNA v jadrách – tento zoznam zahŕňa aj nás – pochádzajú z týchto zvláštnych, starých mikróbov. Možno. Je to trochu ako učenie sa, že váš pra-pra-pra-dedko nepochádza z Litvy, ale z Marsu.

Dohromady tieto tri prekvapenia vyvolávajú nové hlboké neistoty – a majú veľký vplyv na ľudskú identitu, ľudskú individualitu a ľudské zdravie. Nie sme presne tým, kým sme si mysleli, že sme. Sme zložené stvorenia a zdá sa, že náš pôvod pochádza z temnej zóny živého sveta, skupiny tvorov, o ktorých veda až do posledných desaťročí nevedela. Evolúcia je zložitejšia, oveľa zložitejšia, ako sme si mysleli. Strom života je viac zamotaný. Gény sa nepohybujú len vertikálne. Môžu tiež prechádzať laterálne cez hranice druhov, cez širšie medzery, dokonca aj medzi rôznymi ríšami života, a niektoré sa dostali bokom do našej vlastnej línie – línie primátov – z netušeného, ​​neprimátskeho zdroja. Je to genetický ekvivalent transfúzie krvi alebo (niektorí vedci uprednostňujú inú metaforu) infekcie, ktorá mení identitu. 'Infekčná dedičnosť.' Na jeho mieste o tom poviem viac.

[ Za lahodnosťou je veda. ]

A medzitým, keď už hovoríme o infekcii: ďalší výsledok tohto bočného pohybu génov zahŕňa globálnu lekársku výzvu baktérií rezistentných na antibiotiká, tichú krízu predurčenú stať sa hlučnejšou. Nebezpečné ploštice, ako je MRSA (odolný voči meticilínu Staphylococcus aureus , ktorá zabije viac ako jedenásťtisíc ľudí ročne v Spojených štátoch a mnoho ďalších tisícok na celom svete) môže náhle získať celé súpravy génov rezistencie voči liekom z úplne odlišných druhov baktérií horizontálnym prenosom génov. To je dôvod, prečo sa problém superbaktérií odolných voči viacerým liekom – nezničiteľných baktérií – rozšíril po celom svete tak rýchlo. Takýmito odhaleniami, praktickými aj hlbokými, sme zrazu vyzvaní, aby sme upravili naše základné chápanie toho, kto sme my ľudia, čo nás stvorilo a ako funguje živý svet.

Celý tento radikálny reset biologického myslenia vzišiel z niekoľkých bodov pôvodu v priestore a čase. Jeden z nich, možno ten najdôležitejší, si tu zaslúži zmienku: bola jeseň 1977; tým miestom bola Urbana, Illinois, kde muž menom Carl Woese sedel s nohami na stole pred tabuľou plnou poznámok a čísel, ktorá veselo pózovala fotografom z New York Times . Sprievodný Times príbeh, pre ktorý bola fotografia nasnímaná, oznamujúci, že Woese a jeho kolegovia objavili „samostatnú formu života“ tvoriacu „tretiu ríšu“ biologických foriem popri uznávaných dvoch, bežal 3. novembra 1977. Bola to titulná strana , nad záhybom, odkladanie vecí na stranu unesenej dedičky Patty Hearst a zbrojné embargo proti režimu apartheidu v Južnej Afrike. Veľké novinky, inými slovami, či už priemer alebo nie Times Čitateľ mohol z takéhoto štíhleho rozprávania pochopiť, čo sa myslí pod pojmom „oddelená forma života“. Tento článok znamenal vrchol Woesovej slávy, jeho Warholov moment: pätnásť minút pozornosti, potom späť do laboratória. Woese priniesol radikálne zmeny – do svojho vlastného odboru, do príbehu života – a napriek tomu zostáva pre väčšinu ľudí mimo riedkych chodieb molekulárnej biológie neznámy.

Carl Woese bol komplikovaný muž – zúrivo oddaný a veľmi súkromný –, ktorý sa chopil hlbokých otázok, spojil dômyselné techniky na presadzovanie týchto otázok, opovrhoval niektorými pravidlami vedeckej slušnosti, robil si nepriateľov, ignoroval jemnosti, hovoril, čo si myslel, obsedantne sa sústredil. na svojom vlastnom výskumnom programe s vylúčením väčšiny ostatných obáv a objavil aspoň jeden alebo dva objavy, ktoré otriasli piliermi biologického myslenia. Pre svojich blízkych priateľov to bol ľahký a zábavný chlapík; žieravý, ale štipľavý, s láskou k jazzu, chuťou na pivo a škótsku a amatérskym zariadením na klavíri. Pre svojich postgraduálnych študentov a postdoktorandských kolegov a laboratórnych asistentov, z ktorých väčšina, bol dobrým šéfom a inšpiratívnym mentorom, niekedy (ale nie vždy) veľkorysým, múdrym a starostlivým.

[ Tam, kde sa veda a umenie prelínajú, môže tanec pomôcť priniesť nové porozumenie. ]

Ako učiteľ v užšom slova zmysle – profesor mikrobiológie na University of Illinois –, pokiaľ ide o vysokoškolákov, takmer neexistoval. Nestál pred veľkými skupinami dychtivých, bezradných študentov, trpezlivo vysvetľujúcich ABC baktérií. Prednášanie nebolo jeho silnou stránkou ani záujmom a výrečná razancia mu chýbala aj pri prezentovaní práce na vedeckých stretnutiach. Nemal rád stretnutia. Nemal rád cestovanie. Vo svojom laboratóriu nevytvoril radostnú, kolegiálnu kultúru, organizoval semináre a vianočné večierky, ktoré by boli zachytené na skupinových fotografiách, ako to robia mnohí starší vedci. Mal svojich vyvolených mladých priateľov a niektorí z nich spomínajú na dobré časy, smiech, grilovačky pri pive vo Woeseovom dome, len kúsok od univerzitného kampusu. Ale tých priateľov bolo tých pár vyvolených, ktorí sa nejakým šarmom alebo šťastím dostali cez jeho ulitu.

V neskorších rokoch, keď bol čoraz viac uznávaný a dostával vyznamenania všetkého druhu okrem Nobelovej ceny, sa zdá, že aj Woese zatrpkol. Považoval sa za outsidera. Bol zvolený do Národnej akadémie vied, vznešeného orgánu, ale neskoro, vo veku šesťdesiatich rokov a oneskorenie ho rozčuľovalo. Podľa niektorých správ sa vzdialil od svojej rodiny — manželky a dvoch detí, o ktorých sa v publikovaných správach o jeho vedeckej práci zriedkavo spomína. Bol brilantným bláznom a jeho práca spustila drastickú revíziu jedného z najzákladnejších pojmov v biológii: myšlienky stromu života, veľkého stromového obrazu príbuznosti a diverzifikácie. Z tohto dôvodu má Woeseho triumfálny moment v Urbane 3. novembra 1977 svoje miesto blízko jadra tejto knihy.

S Woesom a jeho stromom súvisia ďalší vedci a ďalšie objavy. Napríklad málo známy britský lekár Fred Griffith v polovici 20. rokov minulého storočia pri výskume zápalu pľúc pre ministerstvo zdravotníctva zaznamenal nečakanú premenu medzi baktériami: jeden kmeň sa náhle zmenil na iný kmeň, presto, z neškodného na smrteľne virulentný. . Bolo to dôležité z hľadiska verejného zdravia (bakteriálna pneumónia bola v tých dňoch hlavnou príčinou smrti), ale aj, ako si ani Griffith neuvedomil, kľúč k hlbším pravdám čistej vedy.

[Dovoľte nám predstaviť vám VEĽMI hladného červa.]

Mechanizmus Griffithovej mätúcej transformácie zostal nejasný až do roku 1944, keď tichý, náročný výskumník menom Oswald Avery z Rockefellerovho inštitútu v New Yorku identifikoval látku, „princíp transformácie“, ktorý môže spôsobiť takú náhlu zmenu z jednej bakteriálnej identity na ďalší. Bola to deoxyribonukleová kyselina. DNA. O menej ako desať rokov neskôr Joshua Lederberg a jeho kolegovia ukázali, že tento druh transformácie, znovu označený ako „infekčná dedičnosť“, je rutinným a dôležitým procesom v baktériách - a ako ukázala neskoršia práca, nielen v baktériách. Medzitým genetička kukurice Barbara McClintock, ktorá objavila gény, ktoré sa odrážajú z jedného bodu do druhého na chromozómoch svojej obľúbenej rastliny, pracovala počas prvých rokov svojej kariéry s veľmi malou podporou alebo uznaním – a potom vo veku osemdesiat rokov prijala Nobelovu cenu. jeden.

Lynn Margul je mikrobiologička so vzdelaním v Chicagu jedinečná takmer vo všetkých smeroch a s McClintockom zdieľala aspoň jednu vec: frustráciu BLUES1P_Quammen_TangledTree_KB.indd 13 21.6.2018 16:06 xiv Tri prekvapenia: Úvod o prepustení niektorými kolegami ako excentrická a tvrdohlavá žena. V Margulisovom prípade to bolo pre oživenie starej myšlienky, ktorá bola dlho považovaná za šialenú: endosymbiózu. Pod pojmom myslela zhruba kooperatívnu integráciu živých tvorov do živých tvorov. To znamená, že nielen malé stvorenia v bruchu alebo nosoch veľkých tvorov, ale aj bunky v bunkách. Presnejšie, Margulis tvrdil, že bunky tvoriace každý tvor v zložitejších divíziách života – každý človek, každé zviera, každá rastlina, každá huba – sú chimérické veci spojené so zachytenými baktériami vo vnútri nebakteriálnych schránok. Tieto konkrétne baktérie sa v priebehu dlhých časových úsekov premenili na bunkové orgány. Predstavte si ustrice, transplantované do kravy, ktorá sa stane funkčnou hovädzou obličkou. Zdalo sa to šialené, keď to Margulis navrhla v roku 1967. Ale väčšinou mala v tejto veci pravdu.

Fred Sanger, Francis Crick, Linus Pauling, Tsutomu Watanabe a ďalší vedci zohrali v tomto reťazci udalostí tiež kľúčové úlohy, niekedy silou osobnosti, ako aj vedeckou brilantnosťou. O niečo hlbšie v minulosti ležia obskúrne postavy ako Ferdinand Cohn, Edward Hitchcock a Augustin Augier, ako aj známejšie osobnosti vrátane Ernsta Haeckela, Augusta Weismanna a Carla Linného. Duch Jeana-Baptista Lamarcka sa tu opäť zdvihne, aby sa neodškriepiteľne potuloval v tieni evolučného myslenia.

Takíto ľudia, všetci prispievatelia k vedeckému prevratu, majú ďalší záujem o spôsob, akým ich diela vyrástli z ich života. Slúžia ako dobrá pripomienka toho, že samotná veda, akokoľvek presná a objektívna, je ľudskou činnosťou. Je to spôsob uvažovania, ako aj spôsob poznania. Je to proces, nie súbor faktov alebo zákonov. Ako hudba, ako poézia, ako bejzbal, ako veľmajstrovský šach, je to niečo úžasne nedokonalé, čo ľudia robia. Všade sú na ňom rozmazané odtlačky prstov našej ľudskosti.


Výňatok z Zamotaný strom od Davida Quammena. Publikované po dohode so Simon & Schuster.