Ник Лэйн - Вопрос жизни [Энергия, эволюция и происхождение сложности]

Существует множество других возможностей – от обеспечения неродственного скрещивания до передачи сигналов и феромонов. В половом процессе две клетки сливаются вместе. Перед этим им нужно найти друг друга и удостовериться, что они совместимы (что это клетки одного вида). Обычно клетки ищут друг друга при помощи хемотаксиса, то есть выделяют феромоны. Клетки движутся к источнику запаха по градиенту концентрации феромона. Если обе гаметы выделяют один и тот же феромон, они могут обмануть сами себя и будут безуспешно пытаться найти его источник. Как правило, гораздо удобнее, когда лишь одна гамета выделяет феромон, а вторая плывет к ней. Поэтому, вполне возможно, различие между типами спаривания восходит к проблеме поиска партнера.

Эмбриолог Лео Басс утверждает, что клетки животных, будучи подвижными, более склонны к эгоистическому внедрению в клетки зародышевой линии, чем почти неподвижные клетки растений, замурованные в клеточные стенки. Однако применимо ли это к кораллам и губкам, обладающим подвижными животными клетками? Сомневаюсь. Но у них, как и у растений, нет никакой зародышевой линии.

Строительство собора Чефалу началось в 1131 году, спустя сорок лет после норманнского завоевания Сицилии (тридцатилетняя кампания, которая началась в 1061 году, незадолго до покорения Англии). Собор был построен в знак благодарности за спасение Рожера II во время кораблекрушения. Удивительные сицилийские церкви и дворцы этого периода сочетают в себе типичную норманнскую архитектуру, византийские мозаики и арабские купола. Пантократор собора Чефалу – творение византийского мастера. Кое-кто считает, что он превосходит даже Пантократора из бывшего Софийского собора в бывшем Константинополе. В любом случае, это стоит увидеть.

Как правило, свободные радикалы образуются на комплексе I. Как я предполагаю, расстояние между окислительно-восстановительными центрами строго определено. Вспомните принцип квантового туннелирования: электроны перескакивают с одного центра на другой с вероятностью, которая зависит от расстояния, занятости следующего центра и силы, с которой кислород притягивает электроны (восстановительного потенциала). Внутри комплекса I располагается одно из первых ответвлений на пути электрона. На основном пути расстояние между большинством центров составляет около 11 Å, и электроны за счет этого, как правило, быстро попадают из одного центра в другой. Существует альтернативный вариант, когда электроны попадают в тупик: входят и не могут выйти. На “развилке” электрон может сделать “выбор”: от этой точки около 8 Å до следующего окислительно-восстановительного центра на главном пути и 12 Å – до альтернативного центра ( рис. 8 ). В нормальных условиях электрон пойдет по основному пути. Но если тот уже забит электронами, если дыхательная цепь перевосстановлена, то электроны начинают собираться в альтернативном центре. Он находится на периферии и легко реагирует с кислородом, образуя супероксид-радикалы. Измерения показывают, что этот альтернативный железосерный кластер – главный источник образования свободных радикалов в дыхательной цепи. Этот механизм мне видится чем-то вроде “пожарного извещателя” в клетке, который говорит о том, что поток электронов слишком медленный и не соответствует потребностям.

Миттвоч указала на проблему, связанную с настоящими гермафродитами: людьми, которые родились с половыми органами обоих типов. У гермафродита, например, с правой стороны может быть тестикула, а с левой – яичник. Обратная ситуация встречается гораздо реже. В лучшем случае лишь у трети настоящих гермафродитов тестикула слева, а яичник – справа. Маловероятно, чтобы это различие предопределялось генетически. Миттвоч показала, что в критические периоды развития правая сторона растет чуть быстрее, и развитие по мужскому пути справа чуть вероятнее. Странно, но у мышей все наоборот: левая сторона растет немного быстрее, и тестикулы с большей вероятностью развиваются там.

Митохондрии передаются по женской линии через яйцеклетки, а не через сперматозоиды. Теоретически гермафродиты должны быть особенно подвержены половым нарушениям митохондриальной природы. С точки зрения митохондрий, самцы – это генетический тупик. Последнее место, где митохондрии хотели бы оказаться (и найти там свой последний приют), – это пыльники. Поэтому в их интересах стерилизовать мужские половые органы, чтобы самим оказаться внутри женских растений. Многие бактериальные паразиты насекомых, например Buchnera и Wolbachia , играют в ту же игру: они могут заметно менять соотношение полов у насекомых, избирательно убивая самцов. Ключевое для организма-хозяина свойство митохондрий состоит в том, что они менее склонны, чем бактериальные паразиты, убивать самцов в рамках эгоистического конфликта. Тем не менее они могут вызывать стерильность и другие дефекты у самцов.

Такие цибриды широко используются в экспериментах с клеточными культурами, так как они позволяют производить точные измерения клеточных функций, например дыхания. Межвидовое несоответствие митохондриальных и ядерных генов снижает скорость дыхания и, как было сказано, увеличивает скорость образования свободных радикалов. Масштабы нарушения функций зависят от генетического родства. Искусственные цибриды, включающие в себя митохондриальную ДНК шимпанзе и человеческие ядерные гены (да, это уже сделано, но лишь в клеточной культуре), производят АТФ вдвое медленнее по сравнению с нормальными клетками. Цибриды мышей и крыс вообще не способны осуществлять дыхание.

Возникает вопрос: страдает гетерогаметный или метаболически более активный пол? – Прим. науч. ред.

Это гипотеза отчасти странная: действительно ли у тестикул скорость метаболизма должна быть выше, чем у других тканей и органов – сердца, мозга или мускулатуры для полета? Необязательно. Вопрос в том, удается ли органу удовлетворить свои метаболические потребности. Может быть, у тестикул действительно слишком высоки максимальные энергетические запросы. А может, количество митохондрий, вырабатывающих АТФ, там ниже, чем нужно – и поэтому с одной митохондрии спрос оказывается выше, чем в норме. Это простая гипотеза, которую можно проверить, но, насколько мне известно, пока никто этого не делал.

Подозреваю, что свободнорадикальные сигналы в определенный момент эмбрионального развития намеренно усиливаются. Например, газ оксид азота (NO) может связываться с цитохромоксидазой, последним комплексом дыхательной цепи, увеличивая образование свободных радикалов и повышая вероятность апоптоза. Если NO производился в больших количествах в один из периодов развития, то сигнал усилится так, что перейдет порог и запустит уничтожение эмбрионов с несовместимыми геномами (“чекпойнт”).