Истоки живого: умные клетки становятся умнее

 

Не стоит удивляться, что клетки такие умные. Одноклеточные организмы были первыми формами жизни на этой планете. Ископаемые окаменелости свидетельствуют, что они существовали уже спустя 600 миллионов лет после возникновения Земли. И в последующие 2,75 миллиарда лет наш мир населяли исключительно свободноживущие одноклеточные организмы – бактерии, водоросли и амебоподобные простейшие.

Около 750 млн лет назад эти хитроумные клетки изобрели способ стать еще умней: именно тогда возникли первые многоклеточные организмы – растения и животные. Поначалу многоклеточные формы жизни представляли собой свободные сообщества, или «колонии» одноклеточных организмов. Первое время они насчитывали от десятков до сотен членов. Однако эволюционные преимущества совместной жизни вскоре привели к возникновению сообществ из миллионов, миллиардов и даже триллионов социально взаимодействующих клеток. И хотя отдельные клетки микроскопически малы, многоклеточные сообщества по своему размеру могут варьироваться от едва заметных до поистине гигантских. Биологи произвели классификацию таких организованных сообществ, основываясь на их наблюдаемой структуре. Но хотя невооруженным глазом они видны как некий целостный организм – мышь, собака, человек, по своей сути они представляют собой высокоорганизованные объединения миллионов и триллионов клеток.

Эволюционный толчок к разрастанию сообществ – это не что иное, как отражение биологического императива к выживанию. Чем более организм информирован о своем окружении, тем выше его шансы. Объединяясь друг с другом, клетки кардинально увеличивают свои знания о внешнем мире. Если каждой отдельной клетке условно приписать уровень информированности X, то потенциальная совокупная информированность колониального организма будет равняться как минимум X, умноженному на число входящих в него клеток.

Чтобы выжить в условиях такой высокой плотности заселения, клетки создали структурированные среды. Распределение функций, имевшее место в этих сложнейших сообществах, по своей эффективности намного превосходило все хитроумные организационные диаграммы сегодняшних больших корпораций. Оказалось, что в клеточном сообществе гораздо выгодней иметь специализированные клетки, предназначенные для выполнения конкретных задач. При развитии организма животных и растений такое распределение ролей начинает происходить еще на стадии зародыша. Процесс цитологической специализации дает возможность клеткам сформировать конкретные ткани и органы. Со временем такая дифференциация, т. е. распределение обязанностей между членами сообщества, оказалась запечатлена в генах каждой входящей в него клетки, что существенно увеличило общую эффективность организма и его способность к выживанию.

Например, в больших организмах лишь небольшое число клеток занимается считыванием сигналов из окружающей среды и реагированием на них. Эту роль взяли на себя группы специализированных клеток, образующие ткани и органы нервной системы. Функция нервной системы – воспринимать окружение и координировать поведение всех остальных клеток большого сообщества.

Распределение труда между клетками сообщества принесло дополнительные преимущества с точки зрения выживаемости. Благодаря ему большее количество клеток смогло осуществлять свою жизнедеятельность, тратя меньшее количество ресурсов. Вспомните старинную пословицу: «Вдвоем тратишь столько же, сколько в одиночку». Или сравните стоимость постройки отдельного трехкомнатного дома – и трехкомнатной квартиры в многоэтажном доме на сотню квартир. Чтобы выжить, каждая клетка должна затратить определенное количество энергии. Количество энергии, запасенное отдельными членами сообщества, с одной стороны, способствует выживанию, с другой – повышает качество жизни.

Возьмем для примера американский капитализм: здесь Генри Форд увидел тактические преимущества дифференцированного общественного труда и применил этот принцип на сборочных линиях своих автомобильных заводов. До Форда на сборку одного автомобиля уходил недельный труд небольшой бригады разносторонне обученных рабочих. Форд же поставил дело так, что каждый рабочий отвечал за одну конкретную операцию. Он разместил вереницей большое количество таких узкоспециализированных рабочих и обеспечил подачу изготовляемого изделия от одного к другому. Эффективность этого метода оказалась такой высокой, что вместо недели на сборку одного автомобиля у него уходило 90 минут.

Увы, мы почему‑то предпочли «забыть» о необходимом для эволюции сотрудничестве, когда Чарльз Дарвин провозгласил совершенно иную теорию возникновения жизни. Сто пятьдесят лет тому назад он пришел к выводу, что живые существа вовлечены в непрекращающуюся «борьбу за существование». Для Дарвина борьба и насилие – не только часть человеческой (животной) природы, но и основные «движущие силы» эволюционного процесса. В заключительной главе своей книги «О происхождении видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» Дарвин писал о неизбежной «борьбе за существование» и о том, что источником эволюции явились «борьба в природе, голод и смерть». Прибавьте сюда его представление, что эволюция происходит случайным образом, и вы получите мир теннисоновских «кровавых зубов и когтей» – череду бессмысленных битв за выживание[10].