Технопарк юрского периода. Загадки эволюции

Гангнус Александр Александрович

Картины, будто взятые из бесчисленных фантастических романов, в царстве клеток обыденны и заурядны. Вот головастик, превращающийся в лягушку. У него пропадает хвост. Именно пропадает - не отпадает, не отрывается. Как это происходит? Оказывается, организм головастика накануне столь важного события вырабатывает особые клетки - макрофаги. Макрофаги - странные создания (их так и хочется назвать созданиями). Они могут быстро двигаться с помощью волнующейся мембраны. Они... хищники! Да, да. Именно макрофаги кидаются в хвост головастика и начинают хватать направо-налево расколовшиеся к этому времени мышечные волокна хвоста. Они их пожирают. Эта картина напоминала бы какое-то жуткое пиршество, если бы... не была предусмотрена программой развития личинки. Макрофаги никуда не уходят из организма. Съеденные ими вещества хвоста полностью идут в дело. Организм,

как бы питаясь наевшимися макрофагами, начинает строить ноги будущего лягушонка.

Это «хищничество» внутри организмов. А вот «жертвенность». Развивающаяся яйцеклетка губки требует усиленного питания. Губка - примитивно построенное многоклеточное. Обмен веществ у нее еще не налажен, нет рта, желудка, сосудов и прочих трубопроводов для транспортировки веществ, но она справляется с этим делом. И как! Некоторые клетки губки вдруг перестраиваются, превращаясь в нечто похожее на амеб. Эти «амебы» движутся сами прямо к яйцеклетке, которая их «пожирает».

Некоторые клетки губок делятся не полностью. В такой полуразделившейся клетке - два ядра. И вот эти ядра начинают странную суету. Они протягивают между собой какую-то полупрозрачную нить. Эта ниточка тотчас же начинает обрастать кальцитовыми молекулами. Биокристалл - кальцитовая иголочка растет, и клетка наконец делится. Вы думаете, в этот момент кончается согласие между ядрами клеток-строителей? Ничего подобного! Клетки рассаживаются по концам иглы. Одна на том, что растет изнутри тела губки наружу, другая - посредине, ближе к тому концу, что растет внутрь. Та, что снаружи, начинает медленно ползти по иголочке внутрь, откладывая по пути кальцит. С необыкновенной точностью она формирует окончательно изящную спикулу, часть губкиного скелета. Вторая в какой-то момент трогается в том же направлении, выкладывая еще один слой кальцита. Наконец обе сходят с иглы и распадаются; дело сделано.

Муравьи носятся со своими куколками, оберегая их, вскармливая. Часто удивляются, как в этом маленьком теле может быть заложено столько хлопотливой расторопности и «заботливости». Но внутри организмов, на клеточном уровне такая хлопотливость еще более удивительна.

Вот начала делиться оплодотворенная яйцеклетка одной из медуз. Первое деление. Клеток две. И тут их пути расходятся. Одна продолжает делиться - она-то и дает будущую медузу. Другая же превращается в клетку-носильщика. Носильщик обретает опять-таки амебообразный вид и несет растущий зародыш медузы совсем в другой конец материнского организма, туда, где питание получше. А пронеся драгоценный груз через все преграды, братец фороцит (так называют биологи клетку-носильщика) распадается. Это примеры наиболее простых, распознанных случаев поведения клеток. Путешествия клеток внутри сальп, размножающихся с чередованием поколений, еще удивительнее, чем у медуз.

Все в цитоэтологии пока загадка. Непонятно, как передаются сигналы на этом уровне, как «сговариваются» клетки, что служит толчком для их превращений. Конечно, все это может управляться и из общего центра, но большая самостоятельность исполнителей очевидна. До сих пор не очень-то понят механизм движения клеток. И амебообразные переливания, и движения хвостиков у жгутиконосцев, у подвижных мужских половых клеток, и волнообразные движения мембран и ресничек... Но сейчас речь идет не об этих удивительных вещах.

А идет она о том переходе от одноклеточности к многоклеточности в эволюции всего живого, который когда-то параллельно шел и в мире растений, и в мире животных. Клетки, привыкшие жить самостоятельно, научившиеся приспосабливаться к самым разным условиям, объединились в многоклеточные организмы, но не потеряли этих своих ценных свойств. Больше того, в сложных условиях сотрудничества, симбиоза (в каком-то смысле все многоклеточные - это сверхорганизмы, колониальные сооружения с максимально высокой специализацией колонистов), в этих новых условиях, бывшим самостоятельным организмам пригодились их подвижность и их умение специализироваться для самых разных работ.

А кстати, от каких именно протистов - одноклеточных организмов произошли многоклеточные? От юрких жгутиконосцев (на них как две капли воды похожи сперматозоиды, мужские половые клетки многоклеточных) или от величественных амеб, и питающихся и передвигающихся с помощью ложноножек-псевоподий? На амеб похожи ооциты - женские половые клетки, яйцеклетки. Интересно, что эта похожесть - разная у разных многоклеточных и при этом как будто не стоит ни в какой связи

со степенью родства или местоположения на генеалогическом древе эволюции. Например, ооцит губки - амеба-амебой, подвижный, с несколькими псевдоподиями, у самки рака и кошки яйиеклетка более «стационарная» с одной действующей псевдоподией. А вот у странной компании из форели, курицы и человека яйцеклетка практически неподвижна, круглая и делает вид, что не помнит, от кого произошла. Впрочем, генетически яйцеклетка всегда предрасположена вести себя подобно амебе, но ее дисциплинируют свойства ее оболочки, разные у разных многоклеточных.

Жгутиконосцы и амебы посоревновались (в трудах биологов) за право быть первыми, «догадавшимися» соединиться в многоклеточный организм. Впрочем, теперь уже ясно, что в создании мира многоклеточных участвовали и те и другие, но не исключено, что кто-то начал первый, а кто, пока неизвестно...

Один из первых этапов этого перехода от «ремесленников» - клеток к «мануфактурам» - многоклеточным организмам и есть колониальные постройки сине-зеленых водорослей - цианобактерий. Донельзя примитивные (в их клетках нет еще даже ядер), сине-зеленые познали «радость коллективного труда». И уже первые их постройки несут на себе отпечаток какого-то своеобразия, они обладают архитектурой. Именно поэтому И. Крылов был вправе поделить их постройки на «виды» и «роды». На примере сине-зеленых природа смоделировала один из первых переходов от простого одноклеточного к более сложному уровню организации живой материи.

Клетки и пред клетки

Первые признаки клеток сине-зеленых водорослей находят в слоях 3,2-миллиарднолетней давности. Признаки работы серных бактерий нашли в барите (сульфат бария), который с помощью изотопного анализа показал возраст 3,44 млрд лет. До дня «ноль», дня, когда родилась наша планета, остается (не забывайте: в этой книге мы движемся против течения времени) «всего91,3 1,5 миллиарда лет. Много это или мало? Оказывается, мало! Современная биология считает, что, создав первую настоящую клетку, природа прошла чуть ли не большую часть пути от «первичного бульона» до человека. Самое трудное, оказывается, было создать именно клетку.

Исследователи-биохимики часто склонны сравнивать клетку не с ремесленником-одиночкой, а с целым химическим заводом: столько всяких нужных самой клетке и организму в целом веществ здесь производится. Если же приглядеться к устройству этого завода, то сравнение покажется еще более многозначительным. Завод работает, его части - органеллы (а они же иногда и исполнители работ) движутся, взаимодействуют в согласии, демонстрируя «понятливость» и поведение, не уступающее в сложности поведению клетки в целом...

Сейчас почти никто не оспаривает казавшуюся еще недавно крамольной мысль о симбиогенезе. Простые безъядерные организмы первого этапа эволюции объединяясь в настоящие клетки, с митохондриями, с ядрами, содержащими генетический материал. Эволюция ускоряется, в ней появился половой процесс, появилось разнообразие видов и родов

Вот обязательная для всех клеток органелла - митохондрия. В клетке несколько митохондрий. Это энергетические подстанции клетки. Их автономность, сложность их строения удивительны. Под электронным микроскопом можно разглядеть, что митохондрии сами напоминают многоклеточный организм: их тельце разделено перегородками на маленькие деления. Обнаружили, что в принципе митохондрии могут делиться, размножаться и без участия «дирекции» клеточного «комбината» - ядра. И это не удивительно, ведь у митохондрии - свой генный аппарат, своя ДНК. Недавно как будто обнаружены две разновидности митохондрий, различающихся между собой некоторыми деталями. Есть гипотеза, что эти две разновидности - два пола, а точнее, реликты тех времен, когда митохондрии (возможно, почти потерявшие самостоятельность потомки еще одной «империи» живого) действительно самостоятельно размножались половым путем и жили вне клеток, времен, когда клеток не было. А были предклетки. Предклетки каким-то образом объединились в целое - нынешнюю настоящую клетку, объединились, создав на первых порах колонию, временный непостоянный союз, потом, быстро «поняв» преимущества такого общежития, полностью перешли к новой жизни.