Афина Актипис - Клетка-предатель. Откуда взялся рак и почему его так трудно вылечить

Генетическое родство клеточных кластеров повышает вероятность развития сотрудничества между клетками, тем самым подготавливая почву для формирования многоклеточной жизни. Но что же такого хорошего в многоклеточных организмах? С какой стати клеткам вообще отказываться от возможности размножаться самостоятельно, как отдельным индивидам, ставя эволюционную приспособленность клеточного коллектива выше своей собственной?

Вы когда-нибудь задумывались о том, насколько проще была бы жизнь, будь у вас возможность клонировать себя? Один из вас ходил бы на работу, другой — мыл посуду и убирался дома, а третий разобрал бы, например, вашу электронную почту. И раз уж на то пошло, зачем останавливаться на трех? Почему бы не создать целую армию клонов, чтобы все успевать?

Именно поэтому жизнь на Земле и совершила скачок от одноклеточного образа жизни к многоклеточному: так было намного проще. В начале истории этой планеты доминировали одноклеточные организмы, такие как водоросли и бактерии, которые размножались и использовали ресурсы вроде углерода и азота. Затем появились клетки, которые опробовали новую стратегию: после деления они не становились двумя отдельными клетками, а оставались вместе, и в итоге у этих скоплений клеток появилась способность к разделению труда посредством регулирования геномов клеток: одни клетки теперь специализировались на перемещении всего организма, другие — на переваривании пищи, третьи — на размножении. Это сделало многоклеточные формы жизни гораздо эффективнее одноклеточных.

Конечно, это очень упрощенное описание эволюции многоклеточной жизни. У первых скоплений клеток были и многие другие преимущества перед отдельными клетками (например, способность защищаться от поглощения другими организмами и управлять рисками за счет совместного использования и хранения ресурсов). Группы клеток с такой коллективной организацией чаще выживали и процветали. Это было эффективной стратегией, и многоклеточная жизнь распространилась, заняв многие экологические ниши на нашей планете — от глубочайших океанических впадин до высочайших гор.

ЭВОЛЮЦИЯ МНОГОКЛЕТОЧНОЙ ЖИЗНИ НЕ СТОЯЛА НА МЕСТЕ И В ИТОГЕ ПРИВЕЛА К ПОЯВЛЕНИЮ БОЛЬШИХ И СЛОЖНЫХ МНОГОКЛЕТОЧНЫХ ОРГАНИЗМОВ, ТАКИХ КАК ЧЕЛОВЕК.

Огромное сообщество клеток-клонов, работающих над единой целью по поддержанию жизни и здоровья (а также репродуктивного успеха) многоклеточного организма позволило добиться массового разделения клеточного труда, передвижения в беспрецедентных масштабах и эволюции сложнейших нервных систем, способных быстро обрабатывать информацию и реагировать на нее — прямо как вы делаете это сейчас, читая книгу.

Между тем, наряду со всеми этими преимуществами, многоклеточная жизнь связана и со своими проблемами. Большими проблемами. Чем больше клеточное сообщество, тем более привлекательной мишенью оно становится для потенциального злоупотребления — в частности, недобросовестными клетками, которые могут извлекать из него выгоду. Недобросовестное поведение — настоящий бич любой основанной на сотрудничестве системы, однако у данной проблемы есть несколько путей решения. Один из них — это генетическое родство. Если у индивидов, состоящих в биологическом родстве, имеются общие гены, отвечающие за взаимодействие (например, гены производства общественных благ), то их сотрудничество между собой приносит им пользу, в результате чего распространенность генов сотрудничества в следующих поколениях увеличивается. Многоклеточные организмы решают проблему недобросовестных клеток отчасти за счет генетического родства. В первом приближении наши многоклеточные тела состоят из генетически идентичных клеток, которые происходят от одной оплодотворенной яйцеклетки, что позволяет сохраняться генам, отвечающим за сотрудничество клеток и борьбу с их недобросовестным поведением.

Между тем одного только генетического родства недостаточно для обеспечения эффективного участия и координации. Представьте себе на секунду армию своих клонов: кто из вас будет главным? Будут ли остальные клоны вам подчиняться? Как вы будете координировать и распределять задачи или осуществлять обмен информацией для эффективного достижения поставленных целей? Что, если один из клонов окажется недобросовестным, злым или просто ленивым? Даже если у вас и всех ваших клонов будут общие цели и интересы — как у клеток нашего тела, — их наличие вовсе не обязательно решит задачу организации и координации вашей деятельности. Кроме того, если ваши клоны будут отличаться по степени развития различных навыков и мотивации, будет очень сложно понять, является ли кто-то из них (и если является, то кто именно) нахлебником (и что в таком случае с этим делать). Эти проблемы координации, регулирования и мониторинга сообщества клонов полностью аналогичны тем, которые приходится решать крупным, долгоживущим и сложным многоклеточным организмам.

Клетки многоклеточного организма регулируют и контролируют свое поведение с помощью сложных систем сигналов и генных сетей [6] Генная сеть — это совокупность координированно экспрессирующихся генов, их белковых продуктов и взаимосвязей между ними. , которые удерживают их от причинения вреда коллективу. Так как у всех клеток в организме одна и та же (по большей части) ДНК, то системы регулирования и координирования клеточного поведения у них тоже общие. Эти системы можно рассматривать как свод правил многоклеточной жизни. Правила не указывают, что каждой клетке делать в каждый момент времени, однако дают им понять, как вести себя в различных ситуациях.

В основе многоклеточного взаимодействия лежат несколько фундаментальных черт поведения клеток, которые позволяют организму развиваться и функционировать (рис. 3.1). Мы с коллегами называли их в своих предыдущих публикациях «основами многоклеточного сотрудничества», однако в рамках этой книги я предпочитаю аналогию со сводом правил, поскольку она подчеркивает, что эти характеристики сотрудничества на самом деле являются моделями поведения, без которых невозможна многоклеточная жизнь.

Так какие же правила содержатся в этом своде?

1. Контролируй свое деление.Для гармоничного развития функционального многоклеточного организма клеткам необходимо подавлять собственную пролиферацию/деление. Без подобного контроля были бы нарушены структура и функциональность многоклеточных организмов, потому что они продолжали бы неограниченно расти.

2. Самоуничтожайся, если начнешь представлять угрозу.Некоторые клетки, например бесконтрольно делящиеся, могут ставить под угрозу жизнеспособность многоклеточного организма. Другие клетки, вроде тех, из которых в процессе нашего внутриутробного развития поначалу между пальцами рук и ног образуются перепонки, могут стать также помехой.