# Биолог Михаил Никитин: о марсианских предках, темной материи микробов и «эволюционном БДСМ»

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=1Y1ftA0CgrM
Канал: ОСНОВА
Опубликовано: 18.03.2023

---

В гостях у ведущего канала «ОСНОВА» Бориса Виденского — эволюционный биолог, научный сотрудник МГУ и автор фундаментального труда «От туманности до клетки» Михаил Никитин. В ходе глубокого научного интервью собеседники обсудили ключевые загадки возникновения жизни: от роли полового размножения и доисторического соперничества синапсид с диапсидами до гипотезы марсианского происхождения земных организмов. Ученый подробно описал механизмы работы «микробной темной материи», парадоксы поведения простейшего многоклеточного трихоплакса и то, как древние вирусы подарили млекопитающим плаценту.

## 🧬 Роль полового размножения и эволюция полов
[[JUMP:0:00]]

Половое размножение сыграло колоссальную роль в истории земной биосферы: без него на планете не появились бы животные, включая червей, насекомых и млекопитающих [1:31]. В то время как бактерии, часть грибов и растений успешно обходятся бесполым путем, животные за редчайшими исключениями полностью зависят от полового процесса [1:44].

Главное преимущество секса перед клонированием — способность быстро создавать уникальные комбинации генов двух родителей в надежде получить более жизнеспособное потомство [2:11]. Альтернативные механизмы, такие как горизонтальный перенос генов у бактерий, крайне неэффективны: они происходят в среднем раз в миллионы делений, а подбор генетического материала носит случайный характер [2:41]. Половое размножение позволяет выбирать партнера своего вида с наиболее совместимым геномом. Например, рыбы и лошади выбирают партнеров по запаху, ориентируясь на гены главного комплекса гистосовместимости (MHC) [3:05]. Чем сильнее различаются гены MHC у родителей, тем шире спектр распознаваемых патогенов и тем крепче иммунитет потомства [3:33].

Для полового размножения не обязательно иметь два пола. Среди животных широко распространен гермафродитизм [3:49]:

*   Дождевые черви;
*   Пиявки;
*   Наземные улитки;
*   Многие морские моллюски.

Виноградные улитки практикуют полностью симметричный обмен спермой, при котором каждая особь становится и мамой, и папой. Для стимуляции спаривания они используют специальные известковые иглы («любовные стрелы»), вонзая их в тело партнера [4:37]. У грибов и инфузорий количество полов («типов спаривания») может исчисляться десятками, что повышает шансы встретить подходящего партнера [4:50].

Разделение половых клеток на мелкие подвижные сперматозоиды и крупные питательные яйцеклетки возникло раньше, чем разделение самих организмов на самцов и самок [5:31]. У сидячих морских организмов (кораллов, губок) половые клетки просто выбрасываются в воду, где происходит их встреча [6:09]. 

Переход к двум обособленным полам у подвижных существ мог быть спровоцирован эволюционным «жульничеством» [6:36]. Поскольку производство сперматозоидов обходится организму намного дешевле, чем производство богатых ресурсами яйцеклеток, у гермафродитов возникает соблазн вложиться только в мужскую функцию, переложив затраты на вынашивание потомства на партнера [7:04]. Морские плоские черви (планарии) решают этот конфликт буквально: они устраивают «фехтование на пенисах» [7:45]. Тот, кто проигрывает дуэль и оказывается оплодотворенным, берет на себя роль самки [7:57].

Смена пола в течение жизни (последовательный гермафродитизм) часто встречается у рыб и земноводных [8:38]. Яркий пример — рыбы-клоуны (амфиприоны). В их сообществах пол определяется социальной иерархией [9:03]:

*   Мальки амфиприонов изначально бесполы;
*   Выращенный в одиночестве малек всегда становится самкой;
*   Подсаженный к одинокой самке малек превращается в самца;
*   В сложившейся паре третий малек остается бесполым [9:44];
*   Если самка погибает, доминантный самец за неделю превращается в самку, а самый крупный бесполый малек созревает в нового самца [9:59].

## 💥 Кембрийский взрыв и цепные реакции видообразования
[[JUMP:11:17]]

За 4,5 миллиарда лет истории Земли темпы эволюции распределялись неравномерно. Первые 4 миллиарда лет биосфера состояла преимущественно из одноклеточных форм, и лишь последние 600–700 миллионов лет ознаменовались развитием животных [11:58]. 

Эволюционные скачки происходят волнами, ускоряясь после массовых вымираний за счет освобождения экологических ниш. Так, гибель динозавров в конце мезозоя позволила мелким млекопитающим и птицам дать гигантское разнообразие крупных форм [12:53]. Эволюция биоразнообразия идет с постоянным автокаталитическим ускорением: появление каждого нового вида создает ниши для его паразитов, хищников и симбионтов [13:06]. 

В тропических экосистемах ключевым двигателем разнообразия выступает химическая война растений и насекомых. Почти все растения ядовиты [13:47]. Для хищников растительные токсины смертельны: например, привычные человеку чеснок, шоколад и кофе ядовиты для домашних кошек из-за особенностей их печени [14:12]. Никотин по своей токсичности для насекомых сопоставим с нервно-паралитическим газом «Новичок» [14:39]. Борьба за выживание заставляет насекомых специализироваться: колорадский жук переносит яд картофельной ботвы, но гибнет от табака, тогда как гусеница табачного бражника легко обезвреживает никотин, но не способна есть картофель [15:33]. Эта непрерывная гонка вооружений разгоняет видообразование экспоненциально [16:14].

Скорость этого процесса поразительна. Городские подвальные комары отделились от своего дикого предка *Culex pipiens* всего за 100 лет обитания в затопленных подвалах и канализациях [17:48]. Они приобрели уникальные свойства:

*   Способность летать при температуре до -2°C [17:21];
*   Умение зимовать во взрослом состоянии, а не только на стадии яйца;
*   Способность откладывать первую порцию яиц без употребления крови за счет личиночных запасов белка [17:35].

При этом городские комары полностью потеряли способность скрещиваться с дикими предками. Михаил Никитин отметил, что лично участвовал в исследовании, доказавшем независимое и генетически схожее приспособление комаров к подземным условиям в Москве, Туле и Сакраменто (Калифорния) [18:16].

Кембрийский взрыв (около 540 млн лет назад) стал еще одним примером цепной реакции [18:42]. Появление у животных твердых скелетов не только улучшило их сохранность в палеонтологической летописи, но и спровоцировало взрывной рост разнообразия следов ползания [19:21]. Скелеты позволили развиться специализированным хищникам: появились существа, способные дробить панцири, сверлить раковины (подобно современным рапанам) и эффективно выкапывать жертв из грунта [20:01].

## 🦖 Судьбоносные развилки: Синапсиды против Диапсид
[[JUMP:21:51]]

Эволюция наземных позвоночных определялась жестким соперничеством двух ключевых ветвей: синапсид (предки млекопитающих) и диапсид (динозавры, птицы, современные ящерицы и змеи) [22:57]. 

В пермском периоде доминировали синапсиды — крупные травоядные и хищники размером с корову (пареязавры, иностранцевии, диметродоны) [23:10]. Однако Великое пермское вымирание, спровоцированное масштабным вулканизмом, обнулило их лидерство [23:37]. В мезозое вперед вырвались диапсиды, точнее — динозавры. Их главным козырем стало прямохождение: они повернули задние конечности под туловище (в отличие от «раскоряченных» крокодилов и ящериц) и смогли бегать с огромной скоростью, сопоставимой с бегом современных страусов [24:04].

Вытесненные синапсиды ушли в глубокое экологическое подполье [24:30]. Став мелкими, норными и ночными существами, предки млекопитающих развили качества, которые позже определят их триумф:

*   Острое обоняние и вибриссы (осязательные усы на морде) для навигации в темноте [24:42];
*   Теплокровность для выживания в холодные ночи [25:10];
*   Сложный головной мозг для обработки сенсорных сигналов.

В конце мелового периода очередная катастрофа (падение астероида Чиксулуб и излияние деканских трапп в Индии) уничтожила динозавров [25:36]. Млекопитающие заняли пустующую сушу. По мнению Михаила Никитина, доминирование теплокровных зверей — во многом историческая случайность [26:54]. Не существует никаких фундаментальных ограничений, мешавших птицам (прямым потомкам динозавров) или осьминогам развить разум первыми [27:35]. Интеллект ворон и крупных попугаев при гораздо меньшем объеме мозга не уступает приматам, поскольку птицы используют структуру мозга эффективнее [26:28].

## 🧪 Добиологическая эволюция и происхождение жизни
[[JUMP:32:16]]

Реконструировать события добиологической эволюции (около 4 млрд лет назад) крайне сложно, поскольку ученые вынуждены моделировать их в лаборатории без строгой гарантии исторической достоверности [32:57]. Одним из ярких доказательств жесткого добиологического отбора является структура ДНК и РНК. Их природные молекулы обладают феноменальной устойчивостью к ультрафиолету — она в сотни и тысячи раз выше, чем у близких искусственных аналогов, способных образовывать двойную спираль [33:52]. Это указывает на то, что РНК-мир формировался на освещенной Солнцем поверхности молодой Земли в условиях отсутствия озонового слоя, когда уровень УФ-излучения превышал современный примерно в 100 раз [34:21].

Выбор химических элементов жизнью также неслучаен. Углерод, азот, водород, кислород, сера и фосфор относятся к числу самых распространенных элементов во Вселенной [35:28]. По этой причине идеи фантастов о кремниевой жизни или океанах из фтороводорода выглядят антинаучно: термоядерные процессы в недрах звезд производят фтор в тысячи раз неохотнее, чем кислород [36:09].

В научном сообществе ведутся споры о локализации прародины живых организмов. Биохимик Ник Лейн и его сторонники отстаивают гипотезу глубоководных щелочных гидротермальных источников, однако Михаил Никитин является сторонником теории наземных грязевых котлов (геотермальных полей) [36:37]. Его ключевой аргумент — солевой состав клеток. 

Если солевой состав крови и межклеточной среды млекопитающих напоминает морскую воду с доминированием натрия ($Na^+$) [37:02], то внутренняя среда самой клетки принципиально иная. В цитоплазме критически мало натрия, но очень много калия ($K^+$), фосфора и тяжелых металлов (цинка, марганца, меди, железа) [38:20]. В любом современном водоеме поддерживать такой баланс крайне энергозатратно: клетки в покое тратят около 20% своего энергетического бюджета на работу мембранных насосов, выкачивающих натрий и закачивающих калий [39:25]. Единственные природные резервуары с высоким содержанием калия и тяжелых металлов — это наземные геотермальные грязевые источники [39:52].

Точно смоделировать весь процесс зарождения жизни на компьютерах пока невозможно. Вычисление взаимодействий атомов на уровне квантовой химии требует колоссальных мощностей: современные суперкомпьютеры способны просчитать поведение лишь одной белковой молекулы [41:10]. Поэтому ученые исследуют процесс поэтапно [41:48]:

1.  Синтез органических кирпичиков (нуклеотидов) [42:03];
2.  Сборка нуклеотидов в полимерные цепочки;
3.  Возникновение автокатализа — химической авторепликации информационных молекул [42:30].

Жизнь с точки зрения химии — это сложная система автокатализа, где ДНК через посредников катализирует синтез собственных копий [44:41]. Стремление к размножению — не сознательная воля, а следствие отбора: выжили только те молекулярные системы, которые научились воспроизводить себя лучше других [44:54]. Наша склонность видеть разумный замысел в неживой природе — эволюционное наследие социальных приматов. Для выживания в племени было критически важно подозревать сородичей в скрытых интригах, поэтому мозг человека эволюционно адаптирован видеть чью-то целенаправленную волю во всем, вплоть до движения небесных светил [47:02].

## 🕊️ Развенчание мифов: «Выживает сильнейший»
[[JUMP:47:31]]

Популярная формулировка «выживает сильнейший» некорректна. Главная цель эволюции — не просто выжить, а оставить максимальное число плодовитых потомков [47:43]. В природе выигрывает не мышечная сила, а сбалансированность качеств. Организму приходится решать множество противоречащих друг другу задач: эффективно искать пищу, избегать хищников, находить и привлекать партнера [48:48]. 

Яркий павлиний хвост снижает шансы самца на выживание, мешая летать, но без него размножение невозможно [49:14]. Эволюционный успех напоминает пятиборье: важно не провалиться ни в одной из дисциплин [49:42]. В природе, как и в инженерии, дольше всего сохраняются сбалансированные «модели» (как автомобиль Volkswagen Beetle или самолет Boeing 737) [50:36].

Интенсивность полового отбора легко определить по внешнему виду животных:

*   При острой конкуренции за самок (павлины, морские львы) выражен половой диморфизм. Вся забота о потомстве ложится на самку, а самцу достаточно победить соперников [51:51].
*   При совместной заботе о потомстве (большинство видов сов) самцы и самки выглядят абсолютно одинаково, так как они выполняют идентичную работу по выкармливанию птенцов [51:26].

## ☄️ Космическая одиссея: Зародилась ли жизнь на Марсе?
[[JUMP:52:04]]

Гипотеза литопанспермии — переноса микроорганизмов внутри метеоритов — сегодня не считается маргинальной [52:29]. Межзвездные перелеты живые системы вряд ли способны пережить из-за миллионов лет воздействия жесткой радиации, но путешествие в пределах Солнечной системы вполне реально. Метеорит, выбитый с поверхности Марса сильным ударом астероида, может достичь Земли всего за несколько лет [53:08].

В древности Марс был пригоден для жизни: на нем существовали жидкая вода, плотная атмосфера и океан глубиной до 1 километра [53:47]. Более того, Марс остыл и стал обитаемым на 100 миллионов лет раньше Земли [54:13]. Земля из-за своей большой массы (в 10 раз массивнее Марса) притягивала падающие планетозимали с большей силой. Энергия ударов испаряла океаны, превращая планету в магматический ад [55:06]. Первые 150 миллионов лет Земля напоминала горячую Венеру с плотной углекислотной атмосферой и температурой около 300°C [55:47]. Марс же остыл всего за 20–30 миллионов лет [56:25]. 

Если жизнь возникла в марсианских грязевых котлах на 100 миллионов лет раньше, ее споры могли колонизировать Землю и вытеснить местную первичную органику [56:54]. Чтобы проверить эту гипотезу, необходимы марсианские экспедиции с буровым оборудованием, способным взять пробы грунта с глубины от 500 метров до 1 километра, где микроорганизмы могли укрыться от космического излучения и сухости [57:51].

Теоретический план терраформирования Марса рассчитан на тысячи лет и включает в себя несколько этапов [1:00:17]:

1.  Создание искусственного магнитного поля путем прокладки сверхпроводящего кабеля по экватору и строительства электростанции [59:09];
2.  Бомбардировка планеты ледяными кометами из внешних областей Солнечной системы для восстановления водных ресурсов [59:35];
3.  Заселение планеты генетически модифицированными цианобактериями для связывания углекислого газа и насыщения атмосферы кислородом [1:00:04].

## 🔬 Универсальные константы жизни и новые открытия
[[JUMP:1:00:31]]

Палеонтологические свидетельства древнейшей жизни возрастом 3,5 млрд лет (найденные в Австралии) представляют собой окаменевшие нитчатые цианобактерии [1:01:13]. Они демонстрируют высокую степень специализации: цепочки клеток содержат крупные гетероцисты, предназначенные исключительно для фиксации азота [1:01:38]. 

Все клеточные организмы на планете обладают фундаментальным сходством: они используют четырехбуквенный алфавит ДНК [1:02:58], универсальную таблицу генетического кода [1:05:27] и поддерживают на мембране электрический потенциал в 100–150 мВ для работы транспортных белков-насосов [1:04:47]. Как шутят биохимики, «после гомогенизатора все организмы выглядят одинаково» [1:06:19].

Одним из величайших прорывов биологии начала XXI века стало открытие «микробной темной материи» с помощью метагеномики [1:09:13]. Чтение ДНК напрямую из образцов воды и почвы показало, что 99% существующих на планете микробов не поддаются культивированию стандартными лабораторными методами [1:08:59].

Благодаря метагеномике были открыты локиархеи (Lokiarchaeota) — группа микроорганизмов, являющаяся ближайшим эволюционным «родственником» хозяина, который приютил бактериального симбионта около 2 млрд лет назад, что привело к возникновению эукариот (ядерных клеток) [1:10:04]. 

Японские и европейские ученые совершили научный подвиг, потратив 12 лет на культивирование двух видов локиархей [1:14:09]. Эти микроорганизмы делятся крайне медленно — всего раз в две недели [1:12:37]. Исследования показали, что локиархеи обладают прото-цитоскелетом [1:13:03]. Они образуют длинные гибкие выросты («макаронины»), которыми обнимают бактерий-симбионтов для эффективного обмена водородом, что наглядно иллюстрирует промежуточный этап на пути к возникновению сложных клеток [1:13:43].

## 🦠 Кошмар Дженкинса, нейтральная теория и вирусы
[[JUMP:1:14:47]]

Со времен Чарльза Дарвина эволюционная теория претерпела ключевые дополнения:

*   **Синтетическая теория эволюции (СТЭ):** в первой половине XX века объединила дарвинизм с генетикой, превратив эволюционную биологию в точную количественную науку [1:16:22]. Она разрешила «кошмар Дженкинса» — страх перед тем, что полезный признак единичного мутанта растворится при скрещивании с обычной популяцией [1:17:39]. Генетика доказала дискретность наследования генов [1:18:17].
*   **Нейтральная теория молекулярной эволюции:** сформулированная Мотоо Кимурой в 1960-х годах [1:20:01]. Она постулирует, что большинство мутаций на уровне ДНК нейтральны и не подвержены естественному отбору. Из 3 миллиардов букв человеческого генома любые два неродственных человека различаются примерно на 300 000 нуклеотидов [1:19:22]. На уровне ДНК нейтральная эволюция составляет около 90%, а отбор по Дарвину — лишь 10% [1:20:14].
*   **Вирусная эволюция:** вирусы оказались важнейшим фактором горизонтального переноса генов и двигателем «гонки вооружений» [1:21:22]. Огромная часть генома млекопитающих — это «кладбище» древних ретровирусов [1:23:27]. Например, белок синцитин, обеспечивающий слияние клеток плаценты при беременности, имеет вирусное происхождение и был заимствован млекопитающими у древнего вируса [1:23:11].

Уникальный пример вирусного симбиоза демонстрируют осы-наездники [1:24:09]. Около 80 миллионов лет назад вирусный геном встроился в ДНК осы [1:25:00]. Теперь в яйцеводах наездника активируются вирусные гены, производя вирусные частицы. При откладке яйца в гусеницу оса впрыскивает эти частицы, которые целенаправленно разрушают иммунную систему жертвы, защищая личинку осы [1:24:46]. Вирус потерял способность размножаться самостоятельно, став неотъемлемой частью жизненного цикла насекомого [1:25:53].

## 🧫 Трихоплакс: Живой символ древней простоты
[[JUMP:1:26:11]]

Любимым объектом исследований Михаила Никитина является трихоплакс (Trichoplax) — простейшее многоклеточное животное на Земле [1:26:49]. Внешне он похож на крошечное пятнышко грязи размером 1 мм и толщиной 20 микрон [1:27:28]. Трихоплакс состоит всего из трех слоев клеток [1:27:15]. У него полностью отсутствуют нервная система, мышцы и рот, однако он демонстрирует сложное координированное поведение: активно ползает и переваривает бактериальные пленки всей нижней поверхностью тела [1:27:41].

Трихоплаксы способны к коллективному поведению: при обилии пищи они соединяются краями по принципу «застежки-молнии» для совместного переваривания крупной добычи [1:27:54]. Им свойственна своеобразная «социальная вежливость»: трихоплаксы никогда не наползают друг на друга. Если перенести одну особь на спину другой, гость сожмется в комочек и не расправится, пока не сползет на субстрат [1:28:23].

При этом геном трихоплакса содержит практически все белковые компоненты, необходимые для полноценной нервной системы [1:28:49]. У него функционирует вся химическая палитра нейромедиаторов: серотонин, ацетилхолин, глутамат, глицин и окситоцин [1:29:28]. На трихоплакса оказывает влияние человеческая психофармакология: под действием антидепрессанта флуоксетина (Прозака) они теряют аппетит и начинают двигаться быстрее [1:31:04]. Глутамат воспринимается ими как вкусная пища: при его добавлении трихоплаксы начинают совершать глотательные движения даже на чистом стекле [1:31:43].

У трихоплаксов обнаруживаются зачатки «свободы воли» [1:32:09]. В лаборатории они размножаются бесполым путем и являются абсолютными генетическими клонами. Тем не менее в одинаковых условиях они ведут себя по-разному [1:32:23]:

*   При освещении чашки Петри большинство особей движется к свету, но часть принципиально его игнорирует [1:32:36];
*   При создании течения большинство плывет по течению, но некоторые особи упорно движутся против потока [1:32:49].

Эти предпочтения не закреплены жестко и меняются в течение нескольких дней [1:33:02]. Естественный отбор поддерживает такое поведенческое разнообразие: если вся популяция будет действовать единообразно, любая резкая перемена среды может погубить ее целиком. Наличие «нонконформистов», идущих против течения, дает виду шанс на выживание [1:33:44].