Умный и сознающий. 4 миллиарда лет эволюции мозга

Николь Кинг с коллегами изучила биологические и поведенческие аспекты размножения у хоанофлагеллятов и выяснила, что они способны воспроизводиться как половым способом, так и бесполым. Естественным у них является бесполое размножение, но при определенных условиях запускается половой способ. Например, когда пищевые ресурсы ограничены и выживание клеток под вопросом, одни клетки, появившиеся на свет в результате бесполого деления, становятся крупнее обычного, а другие – мельче. Они становятся гаметами – половыми клетками: мелкие – сперматозоидами, а крупные – яйцеклетками. Когда сперматозоид встречается с яйцеклеткой, они сливаются – происходит оплодотворение, и потомство получает гены двух родителей. Сигналом к началу полового размножения может быть и заражение бактериальными паразитами.

Фактором первостепенного значения в жизни хоанофлагеллятов является их склонность к образованию колоний. Например, материнская клетка хоанофлагеллятов вида Salipingoeca rosetta делится бесполым способом, а ее потомство образует колонии генетически однородных клеток. Как уже отмечалось, клональные колонии способствовали развитию многоклеточной жизни, потому что в генетически однородных группах конфликт (а следовательно, и выход клеток) сведен к минимуму. В любых колониях соседние клетки прикрепляются друг к другу посредством клейких химических веществ; эти же вещества формируют молекулярные мостики между клетками и обеспечивают клеточную коммуникацию, которая осуществляется посредством сигнальных молекул. Раньше считалось, что такие скрепляющие и сигнальные молекулы есть только у животных. У хоанофлагеллятов были обнаружены гены, отвечающие за присутствие в организме этих и ряда других молекул, и этот факт – часть обширной доказательной базы, подтверждающей наличие связи между хоанофлагеллятами и животными.

Простейшая колония хоанофлагеллятов имеет сферическую форму и состоит из отдельных клеток, связанных между собой. Архитектура посложнее предполагает, что одни клетки образуют кольцо вокруг полой сферы, причем их жгутики направлены наружу. Когда тела выделяют в сферу определенные химические вещества, жгутики начинают одновременно биться, направляя массу клеток к встреченной на пути полезной субстанции (или прочь от вредной). Питательные вещества, извлеченные клетками в одной части колонии, посредством химического обмена передаются их соседям и распределяются между всеми через склеивающие мостики.

Проблема у этого простого механизма одна: клетка не может одновременно питаться и делиться, а поскольку эти организмы – хищники, им приходится все время есть, чтобы жить. Для преодоления этого противоречия появилась клеточная специализация: посредством регулируемой экспрессии генов некоторые клетки посвятили себя исключительно размножению, оставив занятия вроде питания и движения для других. Как уже говорилось выше, при определенных условиях на первый план выходит половое размножение, и в результате деления образуются особи либо мужского, либо женского пола. Самки перемещаются во внутреннюю сферу; самцы заплывают в сферу и, встречаясь с самками, оплодотворяют их. Потомство выводится наружу, где выполняет стандартные функции колонии.

Многоклеточные колонии обладают основными характеристиками многоклеточного организма, а именно сцеплением клеток между собой, их способностью общаться друг с другом и разделением задач между клетками, которое осуществляется под контролем экспрессии генов. Для клональных колоний (таких, как хоанофлагелляты) характерны генетическое сходство, низкий физиологический конфликт и минимальный уровень выхода клеток из колонии. Несмотря на то что эти характеристики позволяют им преодолеть первое сито многоклеточного отбора (выравнивание необходимых для выживания и размножения качеств), через второе (передача своих способностей потомкам) они пройти не могут. Они не достигают той точки, в которой происходит передача способностей к выживанию и размножению на уровень многоклеточного организма, и постоянной взаимозависимости клеток, выполняющих разные задачи, у них не возникает. Часть пути они прошли за счет того, что, использовав половое размножение, научились создавать самцов и самок, но в результате спаривания разнополых особей появляется просто много отдельных клеток хоанофлагеллятов, которые в лучшем случае становятся частью колонии. Хотя в результате размножения сложного многоклеточного организма первоначально тоже появляется всего лишь клетка, она, в отличие от клетки клональной колонии, является уникальной и обладает генетическим потенциалом, необходимым для формирования целого многоклеточного организма со всеми его взаимосвязанными частями.