Мужество Дарвина заключалось в том, что он выдвинул свою теорию эволюции путем естественного отбора, хотя к тому времени были неизвестны два ключевых положения: во-первых, как от поколения к поколению передавались или наследовались различные свойства; во-вторых, что именно создавало изменения потомства у тех исходных созданий, которые послужили материалом для естественного отбора. Теперь мы знаем, что эти две вещи тесно связаны друг с другом. План для развития организма записывается в большой биологической молекуле, называемой дезоксирибонуклеиновой кислотой, или ДНК, которая содержится в каждой клетке^[1][2]. Во время процесса копирования при воспроизводстве клеток часто происходят мутации ДНК, которые порождают новые разнообразные черты у потомства. «Способность ДНК слегка ошибаться – это настоящее чудо, – сказал американский биолог Льюис Томас. – Если бы у ДНК не было этого свойства, мы все еще оставались бы анаэробными бактериями и у нас не было бы даже слуха».

Согласно Дарвину, все существа, которые сегодня имеются на Земле, эволюционировали путем естественного отбора из простого организма – нашего общего предка. Это в конечном счете и является причиной того, что у нас третья часть ДНК общая с грибами. По сути дела, один и тот же участок ДНК присутствует в каждой клетке каждого существа на Земле, включая каждую из 100 триллионов клеток в вашем теле: GTGCCAGCAGCCGCGGTAATTCCAGCT CCAATAGCGTATATTAAAGTTGCTGCAGTTAAAAAG^[3]. Разве это не самое явное доказательство того, что все живые существа находятся друг с другом в родственных отношениях и что они эволюционировали от общего предка, как утверждал Дарвин? По словам Томаса: «Сегодняшняя структура ДНК, пронизывающая все клетки всех существ на Земле, является просто вытянутой и усовершенствованной первой молекулой»^[4].

Дарвин понимал, что процесс эволюции путем естественного отбора был болезненно медленным и нужны были сотни миллионов, если не миллиарды лет, чтобы создать то изобилие жизни, которое присутствует на Земле сегодня. Первые живые организмы на нашей планете могли возникнуть предположительно 3,8 миллиарда лет назад. По всей видимости, первая клетка, получившая название «последний универсальный общий предок», возникла около 4 миллиардов лет назад, всего через полмиллиарда лет после рождения Земли. Как именно это произошло и как был сделан первый шаг от неживой материи к живой клетке, до сих пор остается одним из самых больших вопросов, на которые наука пока не дала ответа.

2. Поймай меня, если сможешь
Тринадцать полов коллективных грибов

Мой парень живет от меня в сорока милях. Но эти сорок миль для меня не помеха.

Филлис Диллер, американская актриса

У некоторых плесневых грибов, слизевиков, тринадцать полов (подумать только, сколько возникает проблем при поиске и сохранении партнеров). Их половые клетки только одной величины, а сперматозоиды и яйцеклетки человека сильно отличаются по размерам. Половая идентичность клеток у них определяется тремя генами – matA, matB и matC, которые, в свою очередь, могут встречаться в различных вариантах. На самом деле этих вариантов так много, что потенциально можно иметь более 500 разных полов. Чтобы приступить к размножению, спора слизевика просто должна найти себе партнера, имеющего различные варианты ее трех генов^[5]. Остается загадкой, почему у некоторых плесневых грибов по тринадцать полов, а у некоторых это число доходит до 500 и более. Никто не знает даже того, почему у людей два пола и, собственно говоря, почему люди вступают в половые отношения.

В плане эволюции главная цель – передача ваших генов следующему поколению^[6]. Не части этих генов, а именно полного их комплекта. С этой точки зрения разумно было бы клонировать себя, поскольку это обеспечивает 100-процентную передачу ваших генов любому потомству. Большинство существ на Земле практикует именно такое бесполое размножение. С другой стороны, организмы, вступающие в половые отношения, передают следующему поколению только половину своих генов. Они должны воспроизвести в два раза больше потомства, чтобы достичь того же результата, что и бесполые организмы, и при этом они должны тратить дополнительную энергию на поиск партнера. Все это представляется довольно бессмысленным.

Многие пытались объяснить разделение существ по половому признаку, но до недавнего времени ни одно объяснение не могло считаться достаточно убедительным. В последнее время, однако, все большее признание получает следующее толкование. Что самое удивительное, к нему подтолкнуло исследование таких организмов, как паразиты.

Если говорить о людях, то по всему миру, к сожалению, в каждый данный момент времени более двух миллиардов человек являются носителями различных видов паразитов, от малярийных плазмодий до кишечных глистов. Как правило, у них небольшие размеры и они способны быстро воспроизводить себя. А это означает, что за время жизни своего хозяина они могут дать жизнь многим поколениям себе подобных. Следовательно, они способны быстро адаптироваться к своему хозяину, чтобы научиться эффективно использовать его ресурсы. Сам организм-носитель в результате такого использования его ресурсов оказывается сильно ослабленным, иногда такое паразитирование может даже привести к его летальному исходу.

Чтобы понять, какое отношение к паразитам имеет разделение по признаку полов, давайте рассмотрим следующую ситуацию. Представим себе, что ДНК организма – это колода игральных карт. Когда организм просто клонирует себя, его потомство наследует всю колоду карт. В крайнем случае, одна или две карты слегка изменятся из-за случайной мутации. Но если мы имеем дело с половым размножением, потомство наследует половину карт из колоды одного родителя и половину карт из колоды другого родителя, причем они будут перетасованы друг с другом в случайном порядке. Полученные отпрыски будут не только отличаться от своих родителей, они будут уникальны. Следовательно, паразиты, жившие у родителей, окажутся плохо приспособлены к их детям и погибнут.

Идея о том, что разделение по половому признаку помогает избавляться от паразитов, была предложена американским биологом Ли Ван Валеном в 1973 г.^[7]. Суть этой идеи в следующем: хотя организмы, паразитирующие в теле хозяина, способны постоянно обновляться, популяция хозяев может пережить их неустанный натиск, изменяясь еще быстрее.

В книге «Алиса в Зазеркалье», которую Льюис Кэрролл написал в 1871 году как продолжение «Алисы в Стране Чудес», Алиса бежит рядом с Черной Королевой и не понимает, почему не двигается с места.

– У нас, когда быстро и долго бежишь, – сказала Алиса, переводя дыхание, – непременно попадаешь в другое место.

– Какая медлительная страна! – сказала Королева. – А здесь, знаешь ли, приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте^[8].

Концепция Ван Валена, основанная на том, что разделение по половому признаку нужно организмам, чтобы эффективнее бороться с паразитами, получила название «гипотеза Черной Королевы». В 2011 году она получила сильное подспорье с экспериментальной стороны^[9]. Путем генетических манипуляций биологи в США сконструировали две различные популяции круглых червей Caenorhabditis elegans, которые размножались двумя способами: бесполым, путем оплодотворения своих собственных яиц, и половым – в результате скрещивания женских и мужских червей^[10]. Затем биологи заразили обе группы червей патогенными бактериями. Самооплодотворяющаяся популяция быстро вымерла в присутствии бактерий Serratia marcescens, а на другую популяцию эти бактерии такого разрушительного действия не произвели. Черви с половыми признаками опережали паразитов – они постоянно «бежали» быстрее. Возможно, это не самое романтичное объяснение влюбленности, но природа, кажется, произвела «дискриминацию» по половому признаку в том числе и для защиты от паразитов.

3. Фокус с кислородом
Заправляем малышей ракетным топливом

В каждом из нас все время происходит процесс горения, очень похожий на горение свечи.

Майкл Фарадей^[11]

Ребенок ворочается в кроватке. Ракета устремляется ввысь, взвиваясь в небо на столбе дыма и пламени. Что общего между этими двумя процессами? – спросите вы. Казалось бы, ничего. И все-таки общее есть. В основе обоих процессов лежит одна и та же химическая реакция. Оба процесса подпитываются ракетным топливом.

Это не так удивительно, как может показаться на первый взгляд. Для вывода тяжелой ракеты на орбиту требуется двигатель, работающий на самом эффективном топливе, способный развить наибольшую мощность. Жизнь на Земле развивалась почти 4 миллиарда лет и проходила через бесконечную череду проб и ошибок. Было бы странно, если бы попытки отыскать подходящий источник энергии для биологических процессов не увенчались открытием самого эффективного из них.

И такой источник энергии, естественно, был найден. Это химическая реакция между водородом и кислородом, или горение, оно же окисление. Животные извлекают водород из пищи, а кислород – из воздуха. Ракета питается топливом, состоящим из жидкого водорода и кислорода. Чтобы понять, как происходит реакция между водородом и кислородом и откуда берется такое огромное количество энергии, рассмотрим более подробно этот процесс.