Цифровой журнал «Компьютерра» № 125

Сейчас известно немало циано-бактериальных матов, которые не образуют строматолиты. Одним из излюбленных мест для их изучения стала коса Арабатская стрелка в залив Сиваш, что с востока ограничивает Крымский перешеек. Вероятно, разнообразие матов в истории Земли было ещё более серьёзным. В их состав входили разные группы бактерий, они откладывали осадки разного состава. Сегодня бактериальные маты не самая распространённая форма сообществ, они во многих случаях проигрывают эволюционно более молодым формам жизни. Тем не менее они оказались самой распространённой формой организации живого сообщества в истории Земли!

Как изучали циано-бактериальные маты? Делали их срезы, выделяли отличающиеся по форме клетки, выращивали виды по отдельности в культуре. Находили, предположим, десяток разных бактерий и говорили о высокой сложности сообщества мата. Удивительные результаты были получены благодаря выделению и распознаванию последовательностей ДНК. Выяснилось, что в матах обитает множество ранее неизвестных, не выращиваемых по отдельности видов. Маты не просто сложны – они экстраординарно сложны и могут состоять из десятков разных клеток – разных, потому что относятся к разным видам.

Маты изменили среду на Земле. Цианобактерии обеспечили кислородную революцию, изменившую характер земной атмосферы с восстановительного на окислительный. В изменившейся среде получили развитие ядерные организмы – простейшие, грибы, растения, животные. Среди растений и животных появились многотканевые организмы, тоже состоящие из многих, иногда десятков, а иногда и сотен разных типов клеток. Однако в многотканевых организмах разные клетки не просто относятся к одному виду, а даже являются клонами (генетическими копиями) той оплодотворённой яйцеклетки, из которой этот организм развивается. В большинстве случаев, как, например, в нашем теле, все клетки генетически одинаковы; их различия – не следствия различий генотипа (унаследованной наследственной программы), а следствие его избирательной экспрессии (включения разных генов).

Многовидовые микробные маты и клональные многотканевые организмы – два типа многоклеточных систем, состоящих из разных типов клеток. Маты древнее, долго доминировали на планете и сохраняются до сих пор. Клональные организмы – «недавнее» изобретение, которое оказалось очень перспективным и позволило создавать очень сложные живые системы.

Сравните наше тело или тело секвойи с самым сложным циано-бактериальным матом. Почему организмы способны создавать более сложные структуры, чем бактериальные сообщества? В них развитие всех клеток идёт под контролем единой программы. Проверенные, лучшие версии таких программ передаются потомкам. Неудачные организмы гибнут как целое, удачные – как целое выживают и размножаются. Организмы эволюционируют на уровне отбора систем.

В бактериальном сообществе много разных программ – своя у каждого вида клеток. Конечно, гены внутри сообщества легко передаются от одного вида бактерий к другому. Тем не менее каждый из его компонентов размножается относительно самостоятельно. Отбор систем действует внутри сообщества мата, а оно в целом лишь претерпевает перебор состояний.

Элементы бактериального сообщества в большой мере независимы друг от друга. На каждый из них действуют свои векторы отбора, многие из входящих в состав сообщества клеточных популяций конкурируют друг с другом. В общем, бактериальное сообщество – вольница в сравнении с организмом.

Организм – жёсткая структура, части которой контролируются единой программой. Конечно, конкуренция есть и внутри него (так, окружающие кровеносный сосуд клетки конкурируют друг с другом за поступающие к ним вещества), но она находится под постоянным контролем. Если какие-то клетки начинают неконтролируемо делиться, возникает опухоль, угрожающая самому существованию системы. Ввиду этой опасности в организмах высокоорганизованных животных развиваются сложные механизмы защиты от самовольства клеток. И это не только иммунная система, уничтожающая свои клетки, которые приобрели какие-то неправильные особенности. Кроме прочего, это вшитый в сами клетки механизм апоптоза – клеточного самоубийства, включающийся, когда что-то пошло не так, как надо.

Правильно ли сводить всё разнообразие биосистем, состоящих из разных клеток, к двум описанным мною сейчас типам? Не вполне. Биоценоз – сообщество популяций разных организмов, многие из которых – сложные клоны одной клетки. Многоклеточные организмы, состоящие из клонов клеток, сами входят в состав более-менее сложных сообществ. Вообще, в нашем теле количество бактериальных клеток превышает количество наших собственных! Зато по массе совокупность бактерий является относительно небольшой нашей частью, ведь бактерии много мельче наших родных клеток.

Вы уже поняли, к какой аналогии я веду? Мы знакомы с двумя типами экономик. Свободные, рыночные состоят из относительно независимо развивающихся единиц, а командные, плановые подчинены единому центру.