Чтение онлайн

Об истории «великого симбиоза» написано множество книг, а начать, наверное, лучше с четвертой главы книги Ника Лейна «Лестница жизни», не зря же он получил за эту книгу престижную премию. Потом, конечно, можно прочесть «Рождение сложности» Александра Маркова и, наконец, Евгения Кунина, «Логику случая». А мы перепрыгнем сразу к финалу: клетки всех сложных, в том числе многоклеточных, организмов на планете – это потомки микробов, внутри которых живут другие микробы. Эти вторые микробы называются митохондриями. Есть еще и третьи микробы – хлоропласты, живущие в клетках растений, а может, и четвертые, но это уж точно за рамками нашей истории.

Митохондрии почти 2 млрд лет не видели воли, однако по-прежнему живут жизнью бактерий: у них есть маленький геномчик, и они размножаются делением. Естественно, у них происходит нечто вроде эволюции – накапливаются мутации, причем вредные удаляются отбором. Никакого секса у них, разумеется, нет. Зато секс есть у больших клеток, внутри которых они живут. Когда две такие клетки сливаются в зиготу, каждая из них несет в себе сколько-то митохондрий. Например, с десяток может быть в спермии и этак с сотню тысяч – в яйцеклетке. У тех, что в спермии, естественно, нет шансов в конкуренции: ребенок почти наверняка получит свой пул митохондрий от мамы. На этом основан метод отслеживания родословной по материнской линии – все наверняка слышали о «митохондриальной Еве».

В одиннадцатой главе упоминалось, что передача потомству митохондрий – это такой признак, который можно даже использовать для определения самок. Самка – тот из партнеров, который передает митохондрии. Может, в этом и нет ничего фундаментального: митохондрии прекрасно помещаются и в спермий. Кстати, в огромном шестисантиметровом хвосте сперматозоида Drosophila bifurca как раз и располагаются две здоровенные митохондрии. Видимо, они нужны, чтобы обеспечить энергией движение этих гигантов, однако их судьба плачевна: вместе с самим хвостом останки этих митохондрий личинка извергает из заднего прохода, и их геном пропадает зря. А вот некоторые растения передают своих эндосимбионтов как раз по мужской линии. И тем не менее просматривается правило: в подавляющем большинстве случаев потомок получает митохондрии и хлоропласты только от одного из родителей.

Так часто происходит даже у организмов, у которых половые клетки не делятся явным образом на мужские и женские (в этом случае их называют изогаметы). У водоросли по имени «морской салат» однородительское наследование митохондрий достигается самым прямолинейным способом: после слияния изогамет органеллы одного из родителей набрасываются на органеллы другого и буквально рубят их в клочья. А вот у слизевика физарума многоглавого, героя одного из предыдущих разделов, порядок передачи митохондрий задан генетически. Среди дюжины аллелей локуса типа спаривания существует строгая иерархия: при слиянии клеток органеллы передаются только от «старшего по званию». У нас с вами, кстати, женские митохондрии побеждают мужские тоже не только числом: немногочисленные митохондрии из спермиев при попадании в яйцеклетку не просто теряются в толпе, а проходят особую процедуру мечения, по результатам которой бдительный клеточный механизм почти всегда отправляет их на принудительную утилизацию.

Митохондрии, как мы сказали, – бывшие клетки, и то, что при встрече разные их расы устраивают драку и вытесняют друг друга, – вполне банальный дарвиновский феномен. Но в какой-то момент биологам показалось, что это не только личное дело митохондрий, но напрямую касается и большой клетки-хозяина. В начале 1980-х годов эту идею оформили Джон Туби и Леда Космидес. Туби и Космидес – весьма примечательная супружеская пара. Он – эволюционный антрополог, она – психолог, однако это не помешало им внести заметный вклад в достаточно далекую область науки, притом что все остальные их статьи относятся к загадочной дисциплине под названием «эволюционная психология». Их гипотеза такова: смысл однородительского наследования митохондрий в том и состоит, чтобы не дать органеллам устроить внутри вашей клетки отвратительную свару. Потому что они же при этом ничуть не будут беспокоиться о важном таинстве клеточного дыхания – им наплевать, кто из них справляется с этим лучше. Выживут те, кто быстрее делится. И если пустить на самотек такой естественный отбор, он приведет к триумфу таких митохондрий, которые замечательно умеют делиться, а вот свою главную функцию наверняка будут выполнять кое-как.

Теперь, когда это сформулировано, до финиша остается два шага. Первый шаг: заявить, что первичный смысл существования двух полов в том и состоит, чтобы предотвратить смешение двух рас митохондрий в одной клетке. Именно отсюда, согласно авторам, берется то давление отбора, которое подталкивает половые клетки к дифференциации по размеру и, следовательно, манере поведения. И второй шаг: найти этому убедительные обоснования.

Первый шаг был сделан, второй, увы, нет. Наоборот: наружу вылезла череда фактов, плохо вписывающихся в «митохондриальную» гипотезу происхождения двуполости. Вот, например, один из них: гетероплазмия, то есть смешение разных типов митохондрий, время от времени действительно случается у разных организмов (включая даже людей) и вроде бы не приводит ни к каким серьезным последствиям.

С другой стороны, у митохондрий не так уж много возможностей для борьбы друг с другом. Как и нормальные вольные бактериальные клетки, эти органеллы используют для жизни около полутора тысяч разных белков, но в самой нашей митохондрии есть всего полтора десятка белок-кодирующих генов. Причем эти гены кодируют именно ключевые белки дыхательных цепей. Все то, что необходимо митохондрии для повседневного житья-бытья и деления, кодируется генами, расположенными в ядре клетки-хозяина. В этой ситуации единственный способ, которым митохондрия может получить преимущество в размножении, – это потерять еще какую-то часть своей хромосомы в надежде, что клетка-хозяин о ней позаботится. Но этот процесс – потеря митохондриальных генов и их перенос в хозяйское ядро – и так проходил все миллиарды лет эволюции сложных клеток, и, видимо, таким фокусом уже никого не удивишь. А если митохондрия теряет что-то лишнее и становится бесполезной, у клетки есть проверенные механизмы, позволяющие избавиться от такого балласта.

При этом нельзя сказать, что митохондриальная теория начисто отброшена. В конце концов, ее продвигал такой признанный авторитет, как Билл Гамильтон (тот самый, который отстаивал и паразитарную теорию происхождения пола). Некоторые биологи пытаются найти какие-то модификации, позволяющие все же не снимать с митохондрий всю вину за нашу двуполость.

Тут приходится еще раз упомянуть Ника Лейна. Этот блистательный популяризатор по своей первой научной специальности занимался как раз клеточным дыханием (точнее, хемиосмосом). Возможно, именно его зачарованность митохондриями придала новые импульсы разновидностям митохондриальных теорий. Об одной из таких разновидностей можно прочитать в книге Лейна «Энергия, секс, самоубийство», а о том, как она была опровергнута и ее сменил новый вариант, – в его следующей книге «Вопрос жизни». Ник Лейн – человек увлекающийся, и читать его – одно удовольствие. Но все же ему не удалось убедить мир в том, что контроль за качеством митохондрий – главный резон наличия двуполости в земной биосфере.

Что значит «главный резон» с точки зрения земной жизни, которая, вообще-то, не имеет никаких резонов, не ставит перед собой явных целей и ни к чему не стремится? Вопрос на самом деле в том, может ли проблема качества митохондрий создать давление естественного отбора, которое приведет к дифференцировке неких живых существ на два пола или хотя бы два типа спаривания. Пока все свидетельствует о том, что так быть не может. Эндрю Помянковски – он появился в нашей истории еще в двенадцатой главе в связи с проблемой эволюции двух типов спаривания – проверил это предположение на компьютерных моделях и доложил о результатах, причем одним из его соавторов был все тот же Ник Лейн. Оказалось, что никакие предположения о пользе однородительского наследования митохондрий не могут заставить выдуманную популяцию живых существ разделиться на два пола. Другое дело, если эти два пола, или типа спаривания, уже существуют. Тогда мутация, побуждающая организм получать митохондрии только от одного из родителей, может триумфально закрепиться, а заодно и добавить адаптивной ценности самой системе разделения полов.

Так что же, на этом «великий симбиоз» покидает нашу студию? Как бы не так. С уникальными, маловероятными событиями не бывает так, чтобы они не наложили на последующую историю свой уникальный, маловероятный отпечаток. Жизнь возникла на Земле всего один раз, и от этого события мы получили множество гаджетов, про которые невозможно сказать, «зачем они такие». Генетический код, например. Уникальность события волшебным образом снимает с ученых обязанность объяснять «зачем» – достаточно правдоподобной гипотезы «как». Объединение двух клеток – археи и бактерии, будущих эукариот и будущих митохондрий – тоже произошло лишь однажды. Соблазнительно было бы воспользоваться им, чтобы объяснить хотя бы тот же секс. То есть вывести вопрос из плоскости: «Почему секс не мог не возникнуть?», в которой его рассматривали Вейсман, Мёллер, Фишер, Холдейн, Мейнард Смит, Гамильтон и другие столпы эволюционной биологии ХХ века, – и перевести в чуть менее интригующую, зато куда более биологичную плоскость: «Как так получилось».

Кунин Е. В. Логика случая: о природе и происхождении биологической эволюции. – М.: Центрполиграф, 2014.

Марков А. Рождение сложности. Эволюционная биология сегодня: неожиданные открытия и новые вопросы. – М.: Астрель; Corpus. 2012. С. 131–198.

Birky C. W. Jr. Uniparental Inheritance of Organelle Genes. Current Biology. 2008. 18(16): R692–695.

Hadjivasiliou Z., Lane N., Seymour R. M., Pomiankowski A. Dynamics of Mitochondrial Inheritance in the Evolution of Binary Mating Types and Two Sexes. Proceedings. Biological Sciences. 2013. 280(1769): 20131920.