Еволюція Революція

Ерік Голдшайдер

Через чотири десятиліття після відхилення науковою спільнотою розуміння Лінн Маргуліс еволюції стало стандартним тарифом для підручників і утвердило її як одного з найкреативніших наукових мислителів сучасності.

Маргуліс, сфотографований під час участі у Всесвітньому саміті з питань еволюції на Галапагоських островах Еквадору в 2005 році, стверджує, що ми нехтували найранішими етапами еволюції, що передували тваринам - періодом, який представляє сім восьмих історії життя на Землі. Фото: Лора Кац

Лінн Маргуліс MS’60 - одна з тих рідкісних учених, чиї дослідження принципово змінили наш погляд на світ - в даному випадку - наш погляд на еволюцію. Тупим словом вона вибиває людство з його образу себе як вершину життя.

"Людина - неперевершений егоїст", - написав Маргуліс. "Це може стати ударом для нашого колективного его, але ми не є господарями життя, розташованими на верхній сходинці еволюційних сходів". Натомість вона любить говорити, що «під нашими поверхневими відмінностями ми всі є ходячими спільнотами бактерій».

Маргуліс є провідним прибічником еволюційної концепції, яка називається симбіогенезом - гіпотеза, яка стверджує, що нові пристосування виникають не насамперед від випадкових мутацій, а від злиття двох окремих організмів, щоб утворити єдиний новий організм.

Теорія симбіогенезу летить в умовах прийнятої наукової догми, яка називається неодарвінізм, яка стверджує, що адаптації відбуваються виключно шляхом випадкової мутації, і оскільки гени мутують непередбачувано, їх поступове накопичення іноді призводить до корисних властивостей, які дають організмам перевагу, що з часом перетворюється на еволюційні зміни.

Що підштовхнуло Маргуліса до того, що нові риси можуть виникнути по-іншому, це той факт, що ДНК, яка, як вважалося, знаходиться лише в ядрі, була знайдена в інших тілах тієї самої клітини. Це усвідомлення призвело до досліджень, які показали не тільки те, наскільки важливими можуть бути симбіотичні взаємозв'язки для безпосереднього виживання організмів, але й те, що одне з найважливіших джерел інновацій - справді навіть походження нових видів - виникає тоді, коли з часом симбіотичні партнери запобіжник для створення нових організмів.

Іншими словами, складність на клітинному рівні - це не результат летальної конкуренції щасливих мутантів, а скоріше інтерактивна хімія, яка починається як симбіотичні взаємозв'язки між наборами генів, які разом здійснюють речі, які в іншому випадку були б неможливими.

Маргарет Макфолл-Нгай, яка викладає медичну мікробіологію та імунологію в Школі медицини та громадського здоров'я UW-Madison, вважає Маргуліса особистим та професійним наставником та другом. Вона пояснює концепцію симбіогенезу Маргуліса як "цілу купу простих клітин, що збираються разом, щоб зробити одну клітину більш складною". Це була "подія в геологічній історії, яка сталася кілька мільярдів років тому", встановивши курс на складність, яка наповнює біосферу, - говорить Макфолл-Нгай, - "отже, це було величезне відкриття про природу клітин усіх тварин і рослин . "

Зауваження Маргуліса про те, що складові частини однієї клітини мають різну генетичну історію, було здебільшого списано як кривошипна наука в 1964 році, коли вона почала надсилати свою роботу на цю тему до академічних журналів. Ніхто цього не хотів. Після понад десятка відмов у 1967 р. «Журнал теоретичної біології» опублікував «Про походження клітин, що мітозують», і тоді сталося щось дуже цікаве. Запити на передруки почали надходити, загалом понад вісімсот. "Нічого подібного ніколи не траплялося на факультеті біології Бостонського університету", - говорить Маргуліс. На той час вона там працювала ад'юнктом за сумісництвом, але вона виграла приз за видання факультету року. Зрештою послідувала штатна посада, яка тривала двадцять два роки.

Але, незважаючи на або, можливо, завдяки цій хоті визнання, науковий заклад дивився на неї скептично, якщо не з відвертою ворожістю. Її пропозиції щодо грантів не фінансувались. Маргуліс розповідає про те, що його прийняли на видатну професорську посаду в Університеті Дюка, але лише в останню хвилину це було зруйновано пошепки. З 1988 року викладала в Університеті Массачусетсу в Амхерсті, де вона має звання заслуженого професора університету на кафедрі геологічних наук.

Маргуліс відома своєю відвертістю - як на похвалу суперечливих ідей, які, на її думку, мають заслуги, так і на критиці того, що інші вважають прийнятою істиною. Її найгостріші колючки зарезервовані для тих колег науковців, які, на її думку, продали владну структуру академічних кіл до такої міри, що вони наполегливо викладають дискредитовані теорії. Маргуліс має репутацію щось на зразок мізантропа. Але справа не в тому, що вона асоціальна чи ворожа; вона просто вірить, що ми, люди, маємо піднесений погляд на своє місце у світі, який є не тільки невиправданим, але й руйнівним.

Маргуліс бачить красу в об'єкті багатогодинного вивчення - циліндрі лабораторної грязі, що кишить життям мікробів. Вона настільки захоплена своїми дослідженнями, що за десятиліття не минуло жодного дня, який би не включав роботу. Фото: Трейсі Пауелл

Вона висловлює очевидну зневагу до неодарвіністів, які, на її думку, захопили область еволюційної біології. Вона вважає прийняття теорії випадкових мутацій одним із найбільших помилкових поворотів в історії науки. На її думку, її прихильники просували себе, і, як наслідок, погану науку, апелюючи до духу часу, в якому вони діяли. Їхнє мислення "в основному обмежене, приходське - в основному невігласне", - говорить Маргуліс в одній зі своїх характерних різких, але тихих висловлювань. "Це просто зоологічна та антропоцентрична ситуація, що стосується людських стосунків і підштовхує їх до біології". Вона писала, що «неодарвіністська популяційно-генетична традиція нагадує френологію. ... Це буде виглядати безглуздо в ретроспективі, бо це смішно ".

Її прямий спосіб викласти свою справу завоював Маргуліс її часткою недоброзичливців, а також шанувальників. Загальновизнаним є не все щодо теорій Маргуліс, але її основне розуміння заслужило широку, якщо інколи сумно, повагу до того, що вона принципово змінила об'єктив, через який ми бачимо основну подію, яка сталася більше двох мільярдів років тому.

Історія про те, як Маргуліс змінилася наукова парадигма, яка прямо проходить через Університет штату Вісконсін-Медісон.

Вона виросла на південній стороні Чикаго. Швидкорослому студенту та ненажерливому читачеві, Маргулісу було чотирнадцять років, коли вона вступила до Чиказького університету, де, з гордістю та вдячністю, вона була частиною останнього випускного класу навчальної програми Великих книг Роберта М. Хатчінса, який вимагав класичної освіти . Думати про себе цінувалося набагато більше, ніж запам’ятовувати факти.

Саме там вона познайомилася зі своїм першим чоловіком, покійним астрономом Карлом Саганом, якого вона описує як «великого пострілу» вищого класу, який кинувся на неї, коли їй було шістнадцять, а йому двадцять. Вони одружилися через три роки, і, як вона називає, це непродумане рішення, прийняте у відповідь на культурний тиск того часу. Маргуліс так само критично ставиться до приватного Сагана, як і захоплюється його публічною персоною як астрономом знаменитості. "Ви коли-небудь жили з кимось, кого не витримуєте?" - запитує вона, називаючи його "неймовірно егоцентричним" до відмови від своєї ролі батька для їхніх двох синів.

У 1957 році вони з Саганом переїхали до Медісона, де вона вступила до аспірантури з біології, а також приступила до материнства з народженням першого сина Доріона через два роки. Пара обрала Медісон, оскільки це лише сімдесят миль від обсерваторії Єркс у затоці Вільямс, штат Вісконсин, де Саган здобував ступінь доктора наук.

Цей крок виявиться важливим. “Медісон була чудова. Там я вивчив свою основну біологію, включаючи генетику, - каже Маргуліс. З ентузіазмом згадує професорів, які допомагали визначити курс її пристрастей на все життя. «Ганс Ріс був прекрасним учителем - найкращим у всій моїй кар’єрі, - говорить вона про цитолога, який викладав їй мікроскопію. «Він був ученим вченим; він не пішов на жодні поступки ". Джеймс Ф. Кроу, який у дев'яносто три роки все ще присутній у кампусі, є ще одним професором UW-Madison, якого вона виділяє як надихаючого наставника. «Я обожнював загальний курс генетики Кроу; це змінило моє життя », - написала Маргуліс у своїй книзі« Симбіотична планета: новий погляд на еволюцію »у 1986 році.

«Я навчилася робити і викладати науку в Університеті Вісконсіна, - каже вона. Маргуліс здобула ступінь магістра зоології та генетики в 1960 році, в рік, коли народився її другий син Джеремі (нині винахідник музичної програмної програми Metro). Потім сім'я переїхала до Берклі, слідуючи кар'єрному шляху Сагана.

У своїй характерній безпосередності Маргуліс наполягає на тому, що ґрунтовність її освіти у Вісконсіні означала, що до того часу, як вона потрапила до Каліфорнії, вона знала більше реальної біології, ніж багато вузькодисциплінованих викладачів. "Я виявила, що часто викладаю своїх колег-студентів та викладачів", - каже вона. Подібні коментарі, типові для її нахабної манери, можуть бути непередбачуваними, і вона охоче визнає, що їй абсолютно не вистачає дипломатичних навичок бути академічним адміністратором. Її відверта грубість, мабуть, свідчить про впевненість у собі, яка дозволила їй продовжувати недоброзичливі теорії, деякі з яких отримали визнання. На даний момент вона є автором або співавтором більше ста п'ятдесяти наукових статей та понад п'ятдесяти книг.

Кроу каже, що наприкінці 1950-х він зав'язав дружбу з Маргуліс і Саган, і з того часу він стежить за її кар'єрою. "Вона є мавериком, і вона зробила дуже великий внесок, справді звернувши увагу на той факт, що багато клітинних органел, таких як мітохондрії, мають позаклітинне походження", - говорить Кроу. Він додає не лише те, що вона побачила щось нове, але „можливо, важливіше, ніж просто побачити, вона була цілком готова сказати це і повідомити про це. ... Інші люди подивились на ідею, а потім відкинули її. Вона сприйняла це серйозно, а потім привела багато доказів для цього ". Кроу, який бачив Маргуліса під час останнього візиту до Амхерста, каже, що захоплюється тим, що він називає її "вільним ходом", "необмеженою" і навіть "дещо недисциплінованою" уявою.

Макфолл-Нгай каже, що Маргуліс - це «той, хто може дивитись - вона має феноменальну силу синтезу; вона може складати речі і бачити те, чого не можуть бачити інші люди ". Незважаючи на те, що науковий прогрес завжди залежав від ризикованих провидців, Маргуліс пощастило в тому, що досягнення мікроскопії та візуалізації підтвердили деякі її уявлення протягом її життя. "Справа в тому, що всі прокидаються від [важливості симбіогенезу], і це триває лише близько останніх десяти років, тому в основному Лінн була набагато попереду свого часу", - говорить Макфолл-Нгай . "Якщо ви візьмете підручник з біології і перейдете до покажчика, вона завжди буде там, як людина з теорії ендосимбіозу".

Сімдесят один рік Маргуліс також є затятим викладачем, дослідником і письменником, чий повсякденний режим включає проїзд на велосипеді за милю від її дому до лабораторії. Сон - це одна з речей, яка коротко скорочується у її житті, і, за її власним рахунком, не минуло жодного дня за десятиліття, який не включав роботу.

Її невгамовна відданість дала свої результати. Стіни шлакоблоку її лабораторії UMass забезпечені більш ніж десятком почесних ступенів. Колекція включає сертифікат, який свідчить про її обрання до Національної академії наук у 1983 році, та Національну медаль за науку, яку президент Білл Клінтон вручив їй на церемонії Білого дому у 2000 році. Цей, мабуть, найсолодший, каже вона. "Цікавим є NSF [Національний науковий фонд] - після відхилення всіх моїх пропозицій роками - NSF висунув мене". Цього року вона була серед кількох одержувачів медалі Дарвіна-Уоллеса, яку вперше за п'ятдесят років видало Лондонське товариство Ліннея. Це найвища честь для будь-якого натураліста.

До того часу Маргуліс переїхала в Амхерст - там, де її невеликий двір прилягає до садиби та музею Емілі Дікінсон - у 1988 р. вона та професор хімії Т.Н. Маргуліс вже розлучився («я двічі кидала роботу дружини, - каже вона), і вона народила ще двох дітей (Захарі Маргуліс-Охнума, тепер нью-йоркський адвокат у кримінальних справах, і Дженніфер Маргуліс ді Проперціо, письменниця) . Розкол, дружній, стався, коли їй запропонували вийти на посаду видатного вченого в Інституті океанографії Скриппса, а її чоловік не хотів, щоб вона їхала, і не хотів слідувати за нею до південної Каліфорнії.

Її діти, за її словами, хитрують, що після розлучень вона тримала дітей, а її колишні - гроші. Протягом останньої чверті століття у неї було особисте та дослідницьке партнерство з мікробіологом Рікардо Герреро, професором Барселонського університету, якого вона називає своїм “компатером”.

Але саме її співпраця із сином Доріон Саган найбільше сприяла її громадській репутації. Вони працювали як письменницька команда вже більше двох десятиліть, і Доріон поєднує філософію та поезію в прозі, яку вони створюють разом. Назва "Мікрокосмос", назва їхньої першої співпраці, відображає "Космос" - заголовок надзвичайно популярної книги та серіалу для суспільного телебачення, який проводив покійний батько Доріона і зробив Карла Сагана, мабуть, найвідомішим ученим свого часу.

Доріон Саган сам є автором багатьох книг, в основному про науку. Їх співпраця значною мірою вивела Маргуліс за межі суворих рецензованих наукових журналів, де вона досі чудово публікує. Тим не менше, вона ганьбить, пропонуючи їй і Доріон написати "науково-популярну науку", заперечуючи: "Ми робимо те, щоб зробити справжню науку доступною для читачів".

Одним із аспектів науки, який вона хотіла б зробити більш доступним, є занедбана первісна фаза еволюції. На початку минулого століття еволюційні теорії зосереджувались на тому, як люди, яких некритично розглядали як вершину еволюційних досягнень, стали такими, якими вони є протягом періоду сотень мільйонів років, відколи тварини виповзали з моря . Те, що відбувалося до цього, особливо на величезній і древній арені мікроскопічних форм життя, отримувало мізерну увагу.

"Життя на Землі - це така гарна історія, що ви не можете дозволити собі пропустити початок", - говорить Маргуліс. “Чи починають історики своє дослідження цивілізації із заснування Лос-Анджелеса? Ось так виглядає вивчення природної історії, якщо ми ігноруємо мікросвіт ".

Серед безлічі відчутних прикладів симбіозу є наша залежність від конкретних бактерій у нашому кишечнику та товстій кишці, які виробляють вітаміни, що дозволяють нам жити. Взаємозалежність, яка склалася між нами та цими бактеріями, означає, що як виживання, ми придбали деякі геноми один одного і певним чином злилися в одну особину. Понад тисяча таких здорових організмів постійно мешкають у всіх наших тілах. Багато з них вже передали деякі гени в наші хромосоми, пояснює Маргуліс.

“Молекулярна біологія показала, що цей процес триває, і ми отримали багато генів від бактерій та вірусів. Очікується, що ми отримаємо більше і втратимо більше », - каже вона. Маргуліс провів величезне дослідження щодо термітів, у яких у задніх кишках є бактерії та інші істоти, що перетравлюють деревину, відомі як протоктисти. Без цих мікробів виживання комах під час дієти, складеної з деревини та води, яку вони перетворюють у корисні цукри та білки, було б неможливим.

Обговорюється те, якою мірою симбіогенез може пояснити появу нових видів, але невтомні польові роботи Маргуліса, лабораторні дослідження, наполегливе викладання та написання поставили теоретиків "досить випадкової мутації" на захист. Тим не менше, вона відчуває свою частку неприйняття. Зараз вона просуває докази того, що древній симбіогенез призвів до виникнення війок (коротких, схожих на волосся, хвилястих структур на клітинах, що виробляють рух). Вона вважає, що війки, які беруть участь у смаку та запаху, виникли як бактерії. І знову вона зустрічає опір.

"Я просто сміюся", - відповідає вона на запитання, як вона реагує на критику. "Я не сприймаю це особисто - я просто збираю все більше і більше доказів". Запитуючись про те, де вона викликала впевненість у тому, щоб зберігати свою позицію перед фінансовим неприйняттям, громадським глумлінням та наполегливими спробами наукової установи відхилити її ідеї, її відповідь є настільки спонтанно прямою, як і парадоксальною. "Це була не впевненість; Я просто знаю, що я правий - я маю на увазі, я справді знаю, що я правий ".

Ерік Голдшайдер, позаштатний письменник із штату Массачусетс, працює над книгою про кримінальну справу, пов’язану з невдалим тестом ДНК.