Вопрос жизни. Энергия, эволюция и происхождение сложности

Перед тем как подойти к завершению, рассмотрим еще несколько следствий. Что может заставить возрасти частоту митохондриальных мутаций? Ускоренный оборот клеток и белков вследствие увеличения физической активности. Накопление кислорода в океанах незадолго до “кембрийского взрыва” сделало возможным появление активно перемещающихся билатерально-симметричных животных. Их возросшая физическая активность могла увеличить частоту митохондриальных мутаций (сравнительная геномика позволяет это измерить), что, в свою очередь, должно было привести у таких животных к обособлению клеток зародышевой линии. Так появилась бессмертная зародышевая линия и бренное тело, то есть появилась смерть – запланированный и предопределенный финал. Клетки зародышевой линии бессмертны в том смысле, что они продолжают делиться вечно. Они не стареют и не умирают. В каждом поколении на ранних стадиях развития происходит обособление зародышевых клеток, которые дадут начало следующему поколению. Хотя отдельные гаметы могут быть повреждены, тот факт, что дети рождаются молодыми, означает, что зародышевые клетки сохранили свой потенциал бессмертия, как клетки губок, которые могут регенерировать из мелких кусочков. Когда специализированные зародышевые клетки обособились, все остальное тело можно использовать для других целей: оно уже не ограничено необходимостью нести бессмертные половые клетки. Мы можем наблюдать это на примере тканей, которые уже не могут регенерировать – например тканей мозга. Это одноразовая, смертная плоть. Продолжительность жизни таких тканей ограничена и зависит от того, сколько времени нужно организму для размножения. Это, в свою очередь, зависит от того, насколько быстро животное достигает половой зрелости, от скорости его развития и предполагаемой продолжительности его жизни. Здесь мы сталкиваемся с источником смерти: компромиссом между половым размножением и старением. Мы обсудим это в следующей главе.

Выше мы рассмотрели, как митохондрии повлияли на эукариотические клетки. Вернемся к главному вопросу: почему у эукариот появился целый набор общих признаков, которых нет ни у бактерий, ни у архей? Как мы убедились, прокариоты ограничены структурой собственных клеток, особенно потребностью в генах, регулирующих клеточное дыхание. Приобретение митохондрий преобразило адаптивный ландшафт эукариот, сделало возможным увеличение объема клеток и размера генома на 4–5 порядков. Первым импульсом к этому явился маловероятный, почти случайный эндосимбиоз двух прокариот, который, однако, повлек тяжелые и закономерные последствия. Тяжелые – потому, что клетка без ядра очень уязвима для атак чужеродных молекул ДНК и генетических паразитов (интронов) ее собственных эндосимбионтов. Закономерные – потому, что все ответные изменения клетки-хозяина (возникновение ядра, полового размножения, двух полов и зародышевой линии) можно объяснить в рамках классической эволюционной генетики, хотя и с нестандартной позиции. Некоторые из этих идей могут быть ошибочными, как моя гипотеза о происхождении двух полов. Но дальнейший разбор выявил то, что я и не предполагал – причину разделения соматических клеток и клеток зародышевой линии, истоки секса и смерти. Внутренняя логика этих процессов, выявленная путем точного моделирования, красива и предсказуема. Если где-то еще может возникнуть жизнь, она, вероятно, придет к сложности сходным путем.

Этот взгляд на всю четырехмиллиардную историю жизни на Земле отводит митохондриям центральную роль в эволюции эукариотических клеток. В последние годы в медицинских исследованиях общепринятой стала сходная точка зрения: сейчас известно, что митохондрии играют очень важную роль в программируемой клеточной смерти (апоптозе), развитии опухолей, дегенеративных заболеваний, бесплодия и много чего еще. Но некоторых ученых-медиков раздражает, когда я доказываю, что митохондрии – это краеугольный камень физиологии клетки. Меня упрекают в однобокости мышления. Ведь если рассмотреть человеческую клетку под микроскопом, вы увидите, что ее работу поддерживает множество подогнанных друг к другу частей, среди которых митохондрия лишь один из винтиков, хотя и важный. Но с эволюционной точки зрения это не так: митохондрия – один из двух равноправных участников, породивших сложно устроенную жизнь. Эукариотические черты – вся физиология клетки – возникли в результате “перетягивания каната” двумя этими участниками. Оно продолжается по сей день. В заключительной главе вы увидите, что это взаимодействие лежит в основе нашего здоровья, плодовитости и долголетия.

Часть IV Предсказания

Глава 7 Сила и слава