Дикие гены - Хельга Хофман-Зибер

То, что сотрудничество способствует прогрессу, мы уже выяснили в предыдущей главе: архея и бактерия объединились, чтобы образовать нечто совершенно новое. Неплохой результат. Получившийся в итоге организм может использовать гены двух абсолютно разных организмов, что создает для него новые возможности. Это можно проиллюстрировать на примере скрещивания собаки и почтового голубя. Возникшее в результате животное может не просто принести газету из соседнего киоска, но и доставить еще пахнущий типографской краской выпуск London Times прямо из столицы. Согласен, при ближайшем рассмотрении этот пример выглядит не слишком удачно. Первым эукариотам потребовалось, по-видимому, немало времени, чтобы правильно рассортировать свои гены и научиться в полной мере использовать их потенциал.

В ходе анализа нового набора генов в гибриде археи и бактерии наверняка выяснилось, что какие-то гены дублируют друг друга, а какие-то полностью бесполезны. Да и зачем бактериям полный комплект генов, если они находятся внутри клетки, которая может взять на себя значительную часть забот о них? Что обычно делают с лишним имуществом? Это известно. Все подвалы забиты ненужными вещами. Казалось бы, разумнее всего взять да и выбросить их! Прямо сейчас. Или завтра. Ну, или на следующей неделе… В большинстве случаев кучи хлама так и остаются на месте. То же самое происходит и с наследственным материалом, если только быстрое избавление от лишних вещей не влечет за собой каких-то очевидных и измеримых преимуществ (например, доставка сломанного телевизора в пункт приема негодной бытовой техники – задача не первой необходимости, а вот утилизация протекающей бочки с ядовитыми отходами – это уже очень срочное дело).

Но ненужные вещи необходимо выбрасывать. Им можно дать вторую жизнь: из изношенных шин сделать качели, из старых столовых приборов – оригинальные крючки на вешалку для одежды, а из пустых бутылок – ксилофон. Гены, которые больше не нужны для выживания, могут свободно и без всякого вреда для организма изменяться и в результате приобрести новую функцию, которая неожиданным образом улучшит существование живого организма. Но это касается только генов, не имеющих особой важности, поскольку в противном случае любое изменение может привести к немедленной смерти клетки.

Такая комбинация таит в себе большой потенциал, и из первых эукариотов возникли все сложные живые организмы, известные нам сегодня. Великий акт в жизненной драме!

Сцена первая

Первичная клетка по имени Арчибальд уже довольно долго плавает по древним морям, размышляя о своих генах. И вдруг в голову Арчибальду приходит мысль.

Арчибальд: Постойте-ка! С генами у меня все в полном порядке! Это же надо использовать. Я добьюсь мирового господства! Стану венцом творения! Или, по крайней мере, изобрету электронные часы. Мне все по силам!

Голос из ниоткуда: И как ты себе это представляешь, Арчибальд?

Арчибальд: Ну, э-э-э… Я буду становиться все больше и больше, пока не стану самым главным.

Голос из ниоткуда: Не выйдет.

Арчибальд: Как это не выйдет? Почему?

Голос из ниоткуда: Физика.

Арчибальд: А поподробнее нельзя?

Голос из ниоткуда: Потому, что ты – шар.

Арчибальд: Ты за базаром-то следи!

Голос из ниоткуда: Ну ладно, у тебя примерно шарообразная форма. Все дело в том, что тебе нужны питательные вещества, поступающие извне. Какое количество питания может к тебе поступить, зависит от площади твоей поверхности, а обмен веществ, то есть потребление питательных веществ, – от объема.

Арчибальд: И что?

Голос из ниоткуда: Если ты станешь вдвое больше, то поверхность увеличится в четыре раза, а объем – в восемь. Таким образом, чем больше ты становишься, тем сильнее будет сказываться дефицит питательных веществ. Кроме того, тебе все труднее будет удалять отходы.

Арчибальд: Все это слишком сложно. И не сулит ничего хорошего.

Голос из ниоткуда: И потом надо еще учесть проблему с твоими генами…

Арчибальд: Гены не трожь! Они в полном порядке!

Голос из ниоткуда: Разумеется, но они имеют свои пределы. Один ген может произвести за минуту определенное количество мРНК и белков. Если ты будешь становиться все больше, то в один прекрасный момент их не хватит.

Арчибальд: Ну, допустим, что это так… А как же тогда быть с мировым господством? Надо что-то делать.

Голос из ниоткуда: Физику не обманешь…

К счастью, когда надо искать обходные пути, жизни не откажешь в сообразительности и творческих способностях. Итак, что нам делать с проблемой, заключающейся в том, что по мере увеличения размеров организма поверхность для обмена веществ становится относительно все меньше? Формальное решение найти нетрудно. Возьмите, к примеру, эту книгу. Она лежит перед вами на столе в виде аккуратного параллелепипеда из бумаги. Если вам надо оптимизировать соотношение площади и объема, просто раскройте ее. Площадь при этом удвоится, а объем останется прежним (если вы читаете книгу в электронном варианте, вам, к сожалению, придется напрячь воображение, чтобы представить себе сказанное). А если вам понадобится еще больше увеличить площадь, приходящуюся на единицу объема, можно повырывать все страницы и с идиотским смехом разбросать по окрестностям. Вы получите солидный прирост площади, но книгу жалко, поэтому авторы настоятельно рекомендуют вам воздержаться от подобных действий.

В клетках эукариотов внешняя оболочка – это тоже далеко не все. Внутри размещаются мембранные структуры (эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи), которые участвуют в транспортировке белков из клетки. Так, например, здесь вырабатываются и готовятся на экспорт антитела иммунной системы. Мельчайшие пузырьки замыкаются в себе и отправляются в путь к поверхности клетки, где сливаются с мембраной. При этом их содержимое передается наружу. Таким образом, клетки располагают дополнительной мембраной, обращенной внутрь, которая значительно увеличивает площадь обмена. Это эффективный механизм, который позволяет иммунным клеткам производить примерно 120 тысяч антител в минуту для борьбы с возбудителями болезней (в порядке сравнения: скорострельность автомата АК-47 составляет 600 выстрелов в минуту).

Но если говорить о внешней форме клеток, то и здесь матушка-природа не поскупилась на выдумку. Не все клетки круглые. Они обладают самой разной формой, которая также может увеличить площадь. Например, поверхность клеток эпителия кишечника, усваивающих питательные вещества, имеет микроворсинки, благодаря которым их площадь значительно увеличивается.

Вторая проблема, связанная с ростом клетки, решается сложнее. Клетка должна располагать достаточным количеством генного материала для производства белков. Чем больше она по размеру, тем больше ее потребность в белках. Как жизнь решила эту дилемму? За счет организации!