Мятежная клетка. Рак, эволюция и новая наука о жизни

В первые дни жизни на Земле каждая клетка была автономной сущностью – островком в море других самодостаточных клеток. Однако после миллиарда (или около того) лет вольной жизни им пришло время «остепениться». Клетки начали объединяться и взаимодействовать, образуя небольшие многоклеточные организмы. Поначалу это были всего лишь неустойчивые и рыхлые скопища клеток, но за тысячелетия из них вышли высокоорганизованные существа. Они научились специализироваться и дифференцировать свои многочисленные части, образуя разнообразные ткани и органы: у каждой клетки появилась собственная локация – такая, где она была на своем месте.

История жизни отмечена несколькими моментами, когда клетки решали, что для них лучше объединяться и формировать многоклеточные организмы, нежели действовать в одиночку: так появились прародители грибов, водорослей и растений. Что касается многоклеточных животных, то их появление связано с единственным эволюционным скачком, произошедшим около 600 млн лет назад. Хотя переход к многоклеточности означает, что каждая отдельная клетка теряет свою независимость, воспроизводясь только там и тогда, где и когда это необходимо, например в периоды роста или регенерации, существование в качестве части большого целого имеет серьезные преимущества.

Во-первых, многоклеточные организмы способны увеличиваться в размерах, получая тем самым значительные плюсы в плане выживания (когда ты больше всего, что вокруг, тебя вряд ли съедят). Во-вторых, они могут потреблять более разнообразную пищу и осваивать адаптационные навыки, приспосабливаясь к условиям различных сред, а также передвигаясь дальше и быстрее, чем одноклеточные «копуши». Обладание большим количеством клеток означает также, что за определенными частями тела можно закреплять выполнение каких-то конкретных задач. Это явление, называемое дифференциацией, обусловило появление таких функциональных единиц, как нервы, мышцы и кровь. Одноклеточному «мастеру на все руки» такое усложнение структуры недоступно. Консолидируя свою жизнедеятельность в рамках сложного организма, клетки могут совместно генерировать «общественные блага» типа питательных веществ или других химических субстанций, необходимых для роста. Если вы отдельная клетка, живущая сама по себе, то все, что вы производите, будет попадать в окружающее пространство, где его запросто поглотят ваши соперники. Однако продукты, генерируемые внутри многоклеточного организма, остаются внутри него, принося пользу и помогая расти.

Еще интереснее то, что, будучи многоклеточным организмом, вы можете спариваться, а не просто делиться на две части, как поступают бактерии, когда им приходит время воспроизводиться[7]. Половая эволюция многоклеточных животных привела к появлению четкого разграничения между половыми и соматическими клетками: если первые производят яйцеклетки или сперматозоиды, то вторые составляют остальную часть тела. Основная задача сомы – выполнение всей «грязной работы» по поддержанию жизни: именно ее клетки отвечают за питание, борьбу с конкурентами, поиск партнера и т. д., в то время как половые клетки ограждаются от всего этого ради передачи генетического «факела» следующему поколению.

Принципиальным условием многоклеточного образа жизни выступает строгий контроль над делением и функционированием клеток. С одной стороны, одноклеточный организм, подобный бактерии, имеет лишь одну эволюционную цель: воспроизводиться и передавать свои гены. Смерть такого организма буквально означает эволюционный тупик, и поэтому у него всегда есть стимул оставаться в живых, чтобы продолжать воспроизводство. С другой стороны, в многоклеточном организме воспроизведение клеток позволено только до тех пор, пока оно обслуживает нормальное развитие от рождения до зрелости, заживление ран или регулярные «текущие ремонты» тела. Самим клеткам необходимо придерживаться отведенной им роли: нейроны мозга, например, не могут внезапно начать производить инсулин, подобно островковым клеткам поджелудочной железы, а клетки кожи должны держаться отведенного им места, формируя непроницаемый барьер между организмом и внешней средой, а не отправляться вместо этого в путешествие в другие части тела. Наконец, любые неисправные или поврежденные клетки должны отмирать сами или уничтожаться иммунной системой, а не болтаться в теле, доставляя неприятности.

Таким образом, многоклеточность вполне можно уподобить биологическому «общественному договору», в рамках которого каждая клетка выполняет свой долг на благо всего организма. Раковые клетки не обращают внимания на эти правила, бесконтрольно воспроизводясь, вторгаясь в окружающие ткани, расползаясь по всему телу и в конечном счете убивая его, – если, разумеется, их не удастся взять под контроль. Чтобы понять, откуда появился рак, нам сначала надо разобраться в правилах многоклеточной жизни, а также представить, что происходит, когда их нарушают.

Познакомьтесь: Амебы-«мошенницы»