История о самой первой клетке по имени Арчибальд, которая открыла секрет работы в команде, о маленьких червячках и о вопросе, почему у нас один набор генов, а все клетки совершенно разные.

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!

Проведем небольшой мысленный эксперимент. Представьте себе, что эта книга – ген, а вы – белок, который должен прочитать этот ген (РНК-полимераза). Так уж получилось, что вы понятия не имеете о том, где в данный момент находится книга. Ее надо найти в квартире. И вот вы в этом бедламе перерываете все вдоль и поперек, но в конце концов находите. Теперь можно поудобнее устроиться на диване и углубиться в чтение, то есть заняться производством мРНК. Усложним эксперимент. Если ваша квартира площадью 80 квадратных метров соответствует бактерии, то клетка эукариота будет иметь размер крупного торгового центра, более чем в пять раз превышающего по объему гамбургский пассаж «Европа». Вот в нем-то и спрятана книга. Тому, кто хочет ее прочесть, придется как следует постараться.

К счастью, эукариоты не просто больше бактерий, но еще и лучше организованы. Их гены не разбросаны как попало, а сосредоточены в ядре. Поэтому в отделе галантереи и кафе-мороженое можно даже не искать. Вы идете сразу в книжный отдел. Согласен, он тоже занимает немалую площадь, но и книги в нем размещаются в строгом порядке. А те, которые никому не нужны, лежат в упаковках на складе.

Итак, ядро клетки устроено практично и упорядоченно. Благодаря мембране ядра, отделяющей наследственный материал от остального содержимого, клетка работает значительно эффективнее.

А если и этого недостаточно, то всегда имеется возможность увеличить количество копий гена. Люди и большинство представителей животного мира имеют два набора хромосом: один от отца, а второй от матери. Это уже дает нам две копии на каждую клетку (хотя на самом деле не в каждом гене используются обе копии). Некоторые гены, которые постоянно находятся в деле, в процессе эволюции научились размножаться с целью увеличения своей численности. В частности, это относится к генам рРНК. Они являются важной частью рибосом, то есть машин, производящих все белки клетки. Без них просто никуда, поэтому в нашем наследственном хозяйстве имеются сотни копий данных генов! Но самый экстремальный случай можно наблюдать в яйцеклетках некоторых амфибий: они не просто обзаводятся парой сотен генов рРНК, но и в случае необходимости размножают их на кольцевых участках ДНК. Как следствие, их количество может достигать нескольких миллионов. В результате гены рРНК могут занимать 70 процентов в составе ДНК в клеточном ядре. Когда начинается развитие эмбриона, эти кольца передаются клеткам потомства, и таким образом количество генов в клетке снова снижается до нормального уровня.

Страус является обладателем необычного двойного рекорда. Он несет самые большие яйца среди всех ныне живущих птиц, но они же являются самыми маленькими, если сопоставить их с размерами самого страуса. И действительно, чем крупнее птица, тем относительно меньше размер ее яиц. У курицы (например, у породы белый леггорн) масса яйца составляет 3,3 процента от массы птицы (50 граммов / 1,5 килограмма), а у страуса – всего 1,4 процента (1,4 килограмма / 100 килограммов). Но еще более разительным представляется соотношение массы тела матери и массы яйца у динозавров. Диплодок, длина которого доходила до 33 метров, а вес составлял от 10 до 16 тонн, откладывал яйца, по размеру не намного превышающие страусиные. Соотношение составляет около 0,01 процента. Если бы динозавры были размером с курицу, их яйца весили бы около 0,15 грамма.

Наши клетки во много раз превосходят бактерии по сложности и размерам. И это наводит на вопрос: а до какого размера вообще могут вырасти клетки? На него нельзя ответить однозначно, но несколько кандидатов на звание самой гигантской клетки мы вам все же представим.

Если говорить о длине клетки, то победителем здесь являются нейроны клетки нервной системы. Человеческие нейроны, простирающиеся от нижнего окончания спинного мозга до большого пальца ноги, могут достигать одного метра в длину. В мире микробиологии большой палец ноги – это ужасная глушь, находящаяся на невообразимом расстоянии. Вы только представьте себе: для поддержания энергии нейрона митохондрии необходимо доставлять до крайнего окончания клетки. Чтобы они вообще могли туда попасть, их тянут на себе специальные белковые волокна с максимальной скоростью около 1,7 сантиметра в час. Таким образом, чтобы добраться из одного конца клетки в другой, митохондрии приходится проводить в пути несколько дней. А теперь представьте себе, как это происходит у жирафа или голубого кита. Чтобы такие нейроны вообще могли функционировать, соседние клетки снабжают их питательными веществами и, возможно, даже мРНК (на этот счет ученые пока не пришли к единому мнению).

Самый большой диаметр среди человеческих клеток имеет женская яйцеклетка. Он составляет от 100 до 130 микрометров, и эти клетки можно видеть невооруженным глазом. По сравнению с другими они вообще выглядят гигантами. Яйцеклетки готовятся к оплодотворению и к тому, чтобы сразу после стартового выстрела начать деление. Для этого они предварительно запасаются всем необходимым на первое время, поскольку после оплодотворения у них не будет свободного времени для наращивания массы. У некоторых видов животных гигантская яйцеклетка в течение кратчайшего времени непрерывно делится. При этом новые клетки становятся все меньше в размерах, сохраняя практически изначальный общий объем.

Самая большая яйцеклетка, известная нам на сегодняшний день, – страусиное яйцо. Это и в самом деле всего одна клетка, имеющая ядро, мембрану ядра и гигантский запас продовольствия. Всю эту провизию она накапливает не в одиночку: ее ядро не справилось бы с производством такого количества белков. В этом ей оказывают помощь клетки печени.

Еще одна возможность роста клеток заключается в том, чтобы плыть против течения и не делиться, как все, а, наоборот, объединяться друг с другом. Такой способ предпочитают наши мышечные клетки. В процессе развития мелкие одиночные клетки сливаются друг с другом, образуя гигантские мышечные волокна со множеством клеточных ядер. Это дает им достаточное количество генного материала, чтобы при длине до 15 сантиметров работать в полную силу.

Этим же фокусом пользуются и некоторые одноклеточные организмы. Самым известным из них является водоросль-убийца Caulerpa taxifolia. Выглядит она вполне безобидно, словно ярко-зеленый ковер из мелких листочков, раскинувшийся на средиземноморском мелководье. Плохо то, что эта водоросль завезена сюда из других мест, несъедобна и вытесняет местные виды растений и животных. Как и мышечные клетки, она представляет собой одну слившуюся клетку с огромным множеством ядер. Этот одноклеточный организм, достигающий размера нескольких метров, приобретает формы, которые выглядят как листья и корни, хотя таковыми не являются. Иногда создается впечатление, что природа таким образом развлекается, испробуя самые абсурдные трюки.

Подведем итог. Существуют гигантские клетки, и природа постоянно находит обходные пути, чтобы обмануть физику. Но подавляющее большинство клеток имеют микроскопически малые размеры и не видны вооруженным глазом. Объединение крохотных клеток в большинстве случаев функционирует лучше, чем одна большая.

Сцена вторая

Арчибальд, заметно раздавшийся в ширину, неуклюже дрейфует в толще воды.

Голос из ниоткуда: Ну, приятель, как ощущения?

Арчибальд: Очень необычные.

Голос из ниоткуда: А я ведь тебе говорил, что простое увеличение в размерах ничего не даст…

Арчибальд: Ну говорил….

Голос из ниоткуда: Ты всего лишь чувствуешь себя раздутым. Арчибальд: Да хватит уже.

Голос из ниоткуда: И с координацией тоже проблемы возникают, если позволишь такое замечание.

Арчибальд: Не позволю.

Голос из ниоткуда: Тогда разреши хотя бы предупредить тебя. Арчибальд: Тебя ведь все равно невозможно заткнуть.

Голос из ниоткуда: Совершенно верно. К тебе там что-то движется… Арчибальд: Что там еще? (Бум!)

Арчибальд II: Извини, коллега, я тебя не заметил.

Арчибальд: Ничего страшного.

Голос из ниоткуда: Надо же, теперь вы еще и склеились. Арчибальд и Арчибальд II (хором): Да достал ты уже!

Голос из ниоткуда: Ну и ладно. Делайте теперь что угодно, господа…

(Через некоторое время)

Арчибальд II: Он уже ушел?

Арчибальд: Кажется, да… А мы теперь, значит, вместе?

Арчибальд II: Похоже на то… Можно еще пару приятелей пригласить.

Арчибальд: Гм, неплохая идея. У меня такое ощущение, что это начало крепкой дружбы!

Самые древние многоклеточные, о которых до нас дошли сведения, были простыми образованиями, не имевшими сложной структуры. Судя по сохранившимся окаменелостям, не всегда даже можно сказать, имеем мы дело с растением или животным. Сегодня нет ни одного организма, который можно было бы хоть отдаленно определить им в родственники.

Примерно 540 миллионов лет назад произошел Кембрийский взрыв. Начался период расцвета многоклеточной жизни. С головокружительной, с точки зрения палеонтологов и геологов, скоростью (всего за каких-то несколько миллионов лет), словно из ниоткуда, появилось бесчисленное множество видов сложных многоклеточных организмов. Это были золотые годы творения! У каждого из молодых, необузданных ученых имелось свое представление о том, как должен выглядеть успешный живой организм. Конечно, далеко не все из этих творений получили развитие. Так, например, в то время жила Hallucigenia – червеобразное творение на коротеньких ножках и с шипами на спине. Долгое время ее рисовали вверх ногами, потому что никто не знал, где у этого червяка верх, а где низ. Однако из проектов, которые выдержали проверку временем, выросло все многообразие многоклеточных, которое мы сегодня наблюдаем.

Причины этого взрыва до сих пор являются предметом споров. Возможно, здесь сошлось несколько факторов. Но основной предпосылкой, по всей видимости, стало появление новой системы генов, которая развилась у многоклеточных организмов в процессе становления. И эта система, в основе которой лежали так называемые гомеозисные гены, сотворила настоящее чудо: она определила, где у многоклеточных перед и зад, верх и низ, правая и левая сторона. Теперь клетки организма получили важную информацию: «Я нахожусь спереди!» или «Я в заднице». Как следствие, у живых организмов появились сложные планы по строительству собственного тела. Теперь они могли размещать органы чувств и конечности в самых оптимальных местах. Это существенно облегчает жизнь в целом и процесс надевания брюк и свитеров в частности.

Гомеозисные гены – обязательный компонент, имеющийся у каждого представителя животного царства. Они содержат инструкции по производству белков, которые хотя и отличаются друг от друга у разных видов животных, но имеют одинаковый фрагмент ДНК – гомеобокс (отсюда и название «гомеозисные»). Здесь закодирована часть белка, дающая гомеозисным белкам возможность удерживаться на последовательностях ДНК. Это как раз то место, где белки выполняют свою работу: контролируют множество других генов и определяют, какой вид будет иметь клетка, в которой они в данный момент активизируются. Особенно хорошо работа гомеозисных генов изучена у плодовых мушек дрозофил. Обычно различные гомеозисные гены расположены в наследственном материале группами, друг за другом. Их очередность соответствует тем обязанностям, которые возложены на них в организме. Первые отвечают за голову, а последние – за заднюю часть туловища. Если возникает какая-то путаница, то изменения в плане строительства могут оказаться катастрофическими. Так, например, мутация может привести к тому, что у мухи вместо усиков-антенн на голове вырастут ноги или появятся четыре крыла вместо обычных двух.

Сцена третья

Арчибальд ползет по болотистой почве. Его внешний вид сильно изменился.

Арчибальд: Ага, вот мы снова и встретились!

Голос из ниоткуда: Хм? Это ты? Я тебя и не узнал.

Арчибальд: Ничего удивительного. Я усиленно поработал над собой. Посмотри, что я умею! (Поворачивается вокруг своей оси.)

Голос из ниоткуда: Хм-м-м… Забавно.

Арчибальд: То-то. Я все-таки разгадал эту загадку. Простое увеличение в размерах ничего не дает. Все дело в кооперации. Я теперь многоклеточный.

Голос из ниоткуда: Да, это существенное усовершенствование.

Арчибальд: Усовершенствование? Да я венец творения! Я воплощение чуда жизни! Я шедевр биологии! Короче говоря, я…

Голос из ниоткуда: Червяк.

Арчибальд: Да, я такой! У меня даже рот есть! Вот, посмотри… А-а-а… Голос из ниоткуда: Хорошо-хорошо, можешь закрыть…

Простые круглые черви, или нематоды, вроде Арчибальда относились, пожалуй, к самым первым проектам многоклеточных животных. Процветают они и в наши дни. Червяк, с помощью которого мы многое узнали о строении сложных многоклеточных организмов, носит название Caenorhabditis elegans(элегантная новая палочка). Он имеет всего около миллиметра в длину и питается бактериями. Свою известность этот маленький червячок приобрел благодаря Сиднею Бреннеру, которого тоже нельзя причислить к гигантам. Бреннеру захотелось узнать, как развиваются органы и целые организмы, и в середине 1960-х годов он выбрал себе в качестве модели С. elegans. Решение оказалось на удивление правильным, так как в 2002 году Бреннер за свои исследования получил Нобелевскую премию.

Сидней Бреннер присутствовал при зарождении молекулярной биологии. Он как раз учился в докторантуре Оксфорда, когда Уотсон и Крик в соседнем Кембридже раскрыли тайну структуры ДНК. Затем Бреннер стал членом «Клуба галстуков РНК», а спустя 20 лет даже работал в одном кабинете вместе с Фрэнсисом Криком. У Бреннера был острый ум, не менее острый язык и еще более острое перо. Он был известен своей склонностью к каламбурам и игре слов. Говорят, что однажды он сильно озадачил одного бюрократа, когда тот начал рассуждать на свою любимую тему об оплате в зависимости от результатов труда, а Бреннер возразил, сказав, что ему больше нравится система, при которой результаты труда зависят от оплаты.

Когда самые серьезные вопросы с ДНК и РНК были разрешены, Бреннер и Крик обратились к новым темам. Оба хотели больше узнать о развитии многоклеточных организмов. Вот так Бреннер и занялся червем. Крик же взялся за изучение дрозофил, хотя это была очень сложная задача. Во всяком случае, Бреннер вспоминал, что Крик однажды изо всех сил швырнул на стол книгу со словами «Одному Богу известно, как действует этот имагинальный диск» (имагинальным диском называется область тела личинки дрозофилы, из которой появляются ноги, усики и т. п., – только не спрашивайте, как это происходит…). Бреннер отразил этот эпизод в коротенькой истории и опубликовал ее в своей колонке, которую на протяжении многих лет вел в одном из научных журналов:

Фрэнсис Крик оказывается у райских врат. Там его встречает апостол Петр, но Крик настаивает на том, чтобы его представили лично Всевышнему. После продолжительных переговоров его ведут в небольшой домик возле свалки на самом краю небес. Там что-то мастерит невысокий мужчина в комбинезоне с торчащим из заднего кармана гаечным ключом.

– Боже, перед вами доктор Крик, – представляет апостол. – Доктор Крик, это Бог.

– Очень рад с вами познакомиться, – говорит Фрэнсис. – Я хочу спросить у вас: как функционируют имагинальные диски?

– Ну, мы берем кое-что вон оттуда и добавляем пару других вещей… Вообще-то мы и сами этого точно не знаем… Но я должен вам сказать, что мы производим мух уже 200 миллионов лет, и до сих пор не было никаких жалоб!

Почему же Бреннер выбрал в качестве объекта изучения именно С. elegans? В его пользу говорят несколько факторов: у этого червя нет сердца и крови, он достаточно прозрачен, не имеет ни легких, ни скелета. Короче говоря, С. elegans весьма просто устроен, и в нем легче разобраться, чем в более сложных животных. Важным было и то, что этот круглый червь всегда состоит из одного и того же количества клеток, а именно из 959 для особи-гермафродита (самок у него не бывает) и 1031 для мужской особи. Дополнительные клетки сосредоточены преимущественно в нервной системе и заднем проходе. В целом это червь, но в нем можно подробно рассмотреть все клетки. Поэтому сегодня мы знаем, когда, где и каким образом появляется и развивается каждая из них. Существует даже своего рода план сборки С. elegans, в котором все подробно описано.

Перед вами краткий рецепт по изготовлению червя. Для этого вам понадобятся:

302 нейрона + 56 вспомогательных клеток нервной системы;

213 клеток кожи (некоторые из которых слились в многоядерные клетки); 152 мышечные клетки;

143 клетки половых органов;

34 клетки кишечника;

8 клеток заднего прохода

и еще 51 клетка других видов, которые мы в целях экономии места обозначим как прочие.

Раз ужу нас есть такой подробный перечень клеток, можно сразу заняться вопросом, почему они подразделяются на нейроны, мышечные клетки и т. д., хотя в каждой из них содержится один и тот же набор генов.

Причина различий между клетками заключается в том, что в наследственном материале заложены все возможные инструкции по строительству. Но для использования всегда выбираются те, которые соответствуют данному типу клетки. Все остальные гены упаковываются таким образом, что становятся недоступными. В ядре эту задачу выполняют гистоны – относительно небольшие молекулы белков, по внешнему виду похожие на катушку, на которую наматываются короткие фрагменты ДНК. При слиянии нескольких гистонов, обернутых ДНК, возникают все более крупные и упорядоченные структуры. Высшую степень упорядоченности представляют Х-образные хромосомы, которые можно наблюдать в момент деления клеток. Однако в обычных условиях порядки в ядре не столь строги и фрагменты ДНК, которые используются в данный момент, в значительной степени «распакованы», чтобы можно было считывать расположенные на них гены. Степень доступности гена регулируется химическими маркерами на гистонах и самой ДНК.

Эти маркеры, как правило, передаются по наследству от одной клетки к другой. Примерно так же обстояли дела в Средневековье: сын графа становился графом, а ребенок, родившийся в семье крестьянина, со временем брался за плуг, как и его отец (даже если по своим качествам вполне мог быть графом). Такой порядок наследования, имеющий отношение не к генам как таковым, а только к тому, как и когда они используются, называется эпигенетикой. Мы еще многого в ней не понимаем, хотя и очень хотелось бы. Например, ткани сердца и мозга почти не регенерируются после повреждений, а вот кожа или печень восстанавливаются намного лучше. Если мы как следует разберемся в эпигенетике, то, пожалуй, сможем сделать из крестьянина графа. В этом случае нам, возможно, удастся вылечить больное сердце и устранить последствия инсульта.

Но вернемся к нашему С. elegans. Мы достаточно хорошо представляем себе, для чего предназначены его 959 клеток. Но в процессе развития червя образуется 1090 клеток. Что же происходит с остальными? Ответ на этот вопрос ввергает нас в печаль: они убивают сами себя. Чтобы правильно функционировать, организму порой приходится избавляться от ряда собственных клеток. В развитии человека этот процесс тоже играет важную роль. В частности, он заботится о том, чтобы у нас не вырост хвост, как у обезьяны. Клетки, из которых он может образоваться, присутствуют в эмбрионе, но затем целенаправленно уничтожаются.

Еще одна загадка эпигенетики заключается в том, как наш образ жизни и опыт сказываются на программировании клеток. Можно ли передать эпигенетический опыт своим детям и внукам? Долгое время считалось, что эпигенетическое программирование полностью останавливается в самом начале развития эмбриона и каждый живой организм начинает свое существование с чистого листа. Однако за последние годы накопилось немало свидетельств того, что некоторые эпигенетические маркеры все же могут передаваться потомству и оказывать влияние на обмен веществ, склонность к онкологическим заболеваниям, возникновение депрессии и даже на такие сложные процессы, как обучение и память.

На более поздних стадиях жизни этот механизм не теряет своей значимости, например когда иммунная система уничтожает пораженные вирусом клетки, чтобы остановить размножение возбудителя болезни. Механизм запрограммированной смерти клеток называется апоптозом и действует с пугающей эффективностью. Все начинается с сигнала на самоуничтожение клетки. Он может поступить извне (например, от иммунной системы) или из самой поврежденной клетки, которая замечает, что у нее возникли какие-то проблемы. В подобных ситуациях в митохондриях, выполняющих роль электростанций в клетке, возникают «протечки реактора». В них образуются маленькие отверстия, и содержимое вытекает туда, где ему быть не положено. Это необычное происшествие будит спящие белки каспазы, которые до поры до времени мирно дремлют в клетке. Но стоит им только активизироваться, как проявляется их суровый нрав: они рвут клетку на части и тем самым активизируют все новые каспазы. Следующей в процесс активизации вступает дезоксирибонуклеаза, которая, проснувшись, начинает крошить в мелкие

клочья весь наследственный материал. Короче говоря, происходит цепная реакция разрушения и в кратчайшее время от клетки остаются только руины.

Сцена четвертая

Арчибальд сидит в тине и задумчиво что-то жует.

Голос из ниоткуда: Ну, Арчибальд, как жизнь? Тебе все еще нравится быть червем?

Арчибальд: Сойдет.

Голос из ниоткуда: Что-то не слышу особого восторга…

Арчибальд: Да уж. (Говорит нарочито писклявым голосом.) Здравствуйте, я Арчибальд, маленький червяк. (Переходит на нормальный голос.) Этим в наше время вряд ли кого-то можно поразить.

Голос из ниоткуда: Не могу не согласиться. Но что же делать?

Арчибальд (заговорщическим тоном): У меня есть секретный план: я превращусь в ВУММА! Ха-ха!

Голос из ниоткуда: В Вумма? А это еще кто такой?

Арчибальд: Я буду расти и расти, пока не стану стотонным мегамонстром. И меня будут звать ВУММ!!!

Голос из ниоткуда: Опять старые песни? Вспомни про физику.

Арчибальд: Физика, физика! Ничего нового сказать не можешь?

Голос из ниоткуда: Просто возникнут проблемы… Я тебя предупредил.

Такой маленький червячок, как С. elegans, представляет собой очень простое создание, без всяких фокусов и изысков. Это просто тонкая трубка из нескольких клеток. Спереди она поглощает пищу, которая переваривается внутри и выходит сзади. Питательные вещества распределяются напрямую между клетками, а кислород поступает через кожу. Есть еще простенькая репродуктивная система, пара мышц и горсточка нервных клеток, чтобы поддерживать организм в подвижном состоянии. Всю эту концепцию мать-природа явно разработала во время рекламной паузы.

Но что произойдет, если мы увеличим этот проект? Скажем, в сто раз. Пусть остается тот же экономный дизайн, только в сто раз длиннее и в сто раз толще. В этом случае наш С. elegans вырастет до десяти сантиметров в длину и будет напоминать обычного дождевого червя (то есть до ВУММА, о котором мечтает Арчибальд, еще очень далеко). Объем его тела (и масса) вырастут в миллион раз. И тут из-за угла снова выныривает физика (вместе со своей подружкой математикой) и портит всю картину, потому что площадь поверхности тела увеличится только в 10 тысяч раз. В этом вся проблема. Та же самая проблема, которая похоронила нашу затею с гигантской шаровидной клеткой…

Дело обстоит следующим образом: будучи микроскопически маленьким червячком, С. elegans имеет ровно столько клеток, чтобы им хватило кислорода, поступающего без всяких дополнительных приспособлений прямо через поверхность кожи. Но если он станет больше, то площадь, через которую кислород проникает внутрь тела, сильно сократится по сравнению с объемом, что не позволит удовлетворить потребности в кислороде. Кроме того, удлинится путь до клеток, находящихся в глубине тела. То же самое будет происходить и с питанием, поскольку площадь кишки, через которую оно усваивается, по мере роста будет относительно сокращаться. И на этом ВУММУ придет конец. Извини, Арчибальд.

Для роста существует только две возможности: либо научиться обходиться меньшим количеством пищи и кислорода на единицу веса тела (из-за чего снижается подвижность), либо вновь вернуться за чертежную доску для полной переработки генетического плана.

Насекомые используют очень экономную систему снабжения кислородом. У них есть трахеи – маленькие полые трубочки, идущие от панциря внутрь тела и увеличивающие таким образом площадь поверхности газообмена. За счет этого можно увеличить размеры тела, но и такая конструкция имеет свои пределы, поскольку добиться поступления свежего воздуха к клеткам, находящимся в самой глубине тела, довольно трудно. Уже на глубине 5 миллиметров начинает ощущаться нехватка кислорода. Поэтому насекомые редко бывают толстыми. Им для этого в прямом смысле слова «дыхалки не хватит».

Вопрос о том, хватит ли живым организмам воздуха для дыхания, тесно связан с содержанием кислорода в атмосфере. В ходе истории этот показатель нередко менялся. Например, в каменноугольный период, начавшийся 359 миллионов лет назад и длившийся 60 миллионов лет, в воздухе содержалось примерно на 50 процентов больше кислорода, чем сейчас. Это создавало хорошие условия для появления крупных существ. И действительно, в то время можно было встретить гигантских насекомых, например Arthropleura – родственницу сороконожки, достигавшую одного метра в длину, и стрекозу Meganeura, имевшую размах крыльев 75 сантиметров.

Если же говорить о нас, млекопитающих, то мы взяли на вооружение целую кучу новшеств и трюков. Возьмем, к примеру, особенно дорогое нам существо – человека. Его организм состоит примерно из 300 различных специализированных видов клеток. Легкие, активно прокачивающие свежий воздух, благодаря тонкой структуре тканей имеют огромную поверхность газообмена, площадь которой составляет около 80 квадратных метров. Кишечник тоже идет не по прямой линии, как у червя, а образует петли в животе и имеет общую длину от 7 до 8 метров. Площадь всасывания питательных веществ оценивается в 300–500 квадратных метров. Но одного только усвоения питательных веществ недостаточно. Их еще надо по справедливости распределить. С этим мы тоже справляемся, потому что у нас есть сердце, кровь и сложная система сосудов, которые доставляют питательные вещества и кислород до самых отдаленных уголков тела (общая протяженность этой сети составляет примерно 100 тысяч километров). Таким образом, мы оплачиваем величину нашего тела изощренностью генетического плана и колоссальной площадью поверхности обмена.

Но конструкция получилась удачной, и мы заняли на размерной шкале природы место где-то между крошечной карликовой многозубкой, вес которой составляет менее двух граммов, и стотонным голубым китом – а ведь разница между этими двумя крайностями составляет ни много ни мало восемь порядков. Мы считаем свои размеры идеальными, но важно понимать, что, каким бы большим или маленьким ни было живое существо, строительные материалы, из которых оно состоит, в основном одни и те же и потому обладают сопоставимыми свойствами. Клетки слона, в принципе, не больше клеток мыши и мало чем отличаются друг от друга. Кости обоих животных тоже имеют схожее строение. Однако по мере увеличения размеров физические требования к строительным материалам изменяются, поэтому крупные животные вынуждены «инвестировать» в свои кости больше, чем мелкие. Если увеличить линейные размеры мыши в десять раз, она станет в тысячу раз тяжелее, а вот диаметр костей увеличится лишь в сто раз. Следовательно, на скелет будет приходиться десятикратная нагрузка, а это совсем не здорово. Наш старый знакомый Дж. Б. С. Холдейн тоже задумывался об этой проблеме. Правда, он представлял себе не мышь размером с собаку, а сказочного великана, размер тела которого превышает размер тела человека в 10 раз. Вот к какому выводу пришел Холдейн: если вам на пути вдруг встретится великан-людоед, то достаточно лишь держаться от него на определенной дистанции. В этом случае он для вас будет совершенно безобиден. Ведь стоит ему только сделать шаг в вашем направлении, как он сломает себе ноги под тяжестью собственного тела.

Таким образом, линейное увеличение размеров тела ни к чему хорошему не приводит. Если вы хотите существенно увеличить размеры, надо вносить изменения в план строительства! Именно поэтому у мыши на скелет приходится только 5 процентов веса тела, а у слона – целых 30. Несмотря на такие различия, крупные животные далеко не всегда выигрывают в прочности и стабильности конструкции. Скорее, наоборот. В 1926 году Холдейн сформулировал эту мысль таким образом: «Для мышей и других маленьких зверьков гравитация практически безопасна. Их можно сбросить с километровой высоты в ствол шахты, и они, упав на дно, получат лишь легкий шок, а затем отправятся по своим делам. Крыса же при этом погибнет, человек разобьется в лепешку, а от лошади только мокрое место останется. Дело в том, что сопротивление воздуха при падении пропорционально площади поверхности тела. Если разделить длину, ширину и высоту тела животного на десять, его масса уменьшится в тысячу раз, а площадь поверхности – только в сто. Таким образом, сопротивление воздуха затормаживает падение маленького животного в десять раз эффективнее, чем крупного».

То, что мы говорили о костях, в равной степени относится и к мышцам. Крупные животные, как правило, относительно слабее мелких, хотя общий вес их мышц значительно больше. Передними лапками обычная мышь может поднять вес, в 5–7 раз превышающий ее собственный. Мужчина в состоянии перенести через порог одну свою суженую (с двумя и более одновременно возникнут уже очень большие трудности). А вот слон своим хоботом способен поднять только четверть собственного веса.

Слоны вообще склонны к экономии энергии и, в отличие от многих других животных, не любят излишне себя утруждать. Наблюдения за слонами, снабженными радиопередатчиками, показали, что они лучше обойдут холм стороной, чем взберутся на него, даже если наверху растет более сочный корм. Подъем в гору кажется им слишком утомительным. Индийские крестьяне без всяких высокотехнологичных исследований знают слоновьи повадки, поэтому защищают свои поля от голодных слонов с помощью канав. Даже если растительность по ту сторону канавы вкуснее, слон не станет спускаться, а потом выбираться из нее. Грациозные прыжки тоже не относятся к его сильным сторонам: слоны вообще не умеют прыгать, а если бы и умели, то сильно рисковали бы что-нибудь сломать себе при приземлении.

Раз уж мы затронули тему вредителей, то кто, по-вашему, принесет больше вреда огороду: симпатичный трехтонный слон или три тонны мышей (то есть примерно 100 тысяч особей)? Если оставить без внимания тот факт, что слон способен разнести в щепки забор, то с точки зрения количества съедаемых продуктов лучше иметь дело с ним. Ведь слону нужно не в 100 тысяч раз больше энергии, чем мыши, а только в 5600 раз. Почему так получается? Это связано с тем, что доля скелета в массе тела слона выше, а в костях обмен веществ идет заметно медленнее, чем в таких активных органах, как мозг и печень. Но это еще не все. В дело вновь вмешивается физика. Любое преобразование энергии производит тепло, которое выделяется в окружающую среду через кожу. Мелкие животные справляются с этим намного быстрее, чем крупные, поскольку их площадь поверхности кожи относительно больше. Поскольку млекопитающим требуется постоянная температура тела, перед мелкими животными стоят совершенно иные задачи, чем перед крупными.

Обмен веществ у слона идет неспешно, словно у пенсионера на отдыхе. Кроме того, он использует огромные уши для отведения излишнего тепла. А вот у двухграммовой карликовой многозубки все процессы протекают со скоростью вора-карманника, который в панике удирает от полицейского патруля. По сравнению с другими похожими животными у нее относительно крупное сердце, и бьется оно полторы тысячи раз в минуту – быстрее, чем у других млекопитающих. Чтобы обеспечить кислород для такого бешеного обмена веществ, эта крошечная мышь обзавелась специальными, быстросокращающимися мышцами, которые позволяют делать 900 вдохов в минуту (человек в состоянии покоя дышит 12–18 раз в минуту). Карликовая многозубка является обладателем абсолютных рекордов для самых маленьких млекопитающих. Ей приходится идти на это, чтобы весенним солнечным днем внезапно не умереть от холода.

Если же на улице не просто прохладно, а по-настоящему холодно, у мелких животных возникает еще больше проблем с сохранением температуры тела. Поэтому вместе с климатом у них меняется преобладающая форма тела. В жарких странах у животных, как правило, длинные и тонкие конечности, морды, уши и т. д. Это увеличивает поверхность тела и позволяет отдавать больше тепла. В холодных странах у млекопитающих чаще короткие и толстые ноги, а также более округлые формы тела, позволяющие лучше сохранять тепло. Там, где совсем холодно, вы вообще не встретите мелких млекопитающих.

Общий генетический план для млекопитающих в определенной мере приспосабливется к окружающей среде и величине самого животного: толстая или тонкая шерсть, быстрый или медленный обмен веществ, длинные или короткие конечности, мышь или слон. Все это определяется генами и их регулированием. У птиц, насекомых и всех остальных животных все происходит точно так же. Все могут завоевать себе определенную нишу, границы которой установлены физикой. Для выхода за эти границы требуются кардинальные изменения.

Сцена пятая

Арчибальд, который на этот раз предстает перед нами в виде колоссального динозавра позднего мелового периода, величественно шагает по степи в направлении заходящего солнца.

Голос из ниоткуда: Привет, ты уже совсем не похож на червя! Арчибальд: Что ты имеешь в виду?

Голос из ниоткуда: Я хочу сказать, что ты очень вырос с момента нашей последней встречи.

Арчибальд: Ты буквально повторяешь слова моей бабушки.

Голос из ниоткуда: Может быть. Но мне вот что интересно: сколько клеток было в червяке? Примерно тысяча? А теперь? Никакого калькулятора не хватит, чтобы посчитать. Кстати, сколько ты весишь?

Арчибальд: Не скажу. У дамы должны быть маленькие тайны.

Голос из ниоткуда: Да какая же ты дама? Ты – самец.

Арчибальд: У джентльменов тоже бывают тайны.

Голос из ниоткуда: Хорошо. Но собрать такое количество клеток в одном организме… Проблем не возникает?

Арчибальд: Да брось. Если они правильно выполняют свою работу, то все хорошо.

Голос из ниоткуда: А если нет?

Арчибальд: Ну, тогда бывает по-всякому.

Голос из ниоткуда: Но в целом ты доволен?

Арчибальд: А с чего мне быть недовольным? Я самый большой. Это официально признано! Вопросы эволюции меня больше не волнуют. Я и так отдал ей слишком много сил.

Голос из ниоткуда: А какие у тебя дальнейшие планы?

Арчибальд: В полном спокойствии идти прямо вперед и жевать траву в ближайшие несколько миллионов лет.

Голос из ниоткуда: У меня такое ощущение, что им не суждено сбыться.

Арчибальд: Опять ты со своей физикой? Да ты посмотри на меня. Я этой физике уже все доказал!

Голос из ниоткуда: Я вижу проблемы в одном конкретном направлении физики – в астрономии.

Арчибальд: Ты имеешь в виду гороскопы?

Голос из ниоткуда: Нет, скорее астероиды. Вот, например, один из них прямо над тобой…

Арчибальд: Вижу. Ну и что?

Голос из ниоткуда: Он чертовски большой.

Арчибальд: Мне-то что? Выглядит он красиво, особенно вблизи.

Голос из ниоткуда: Дам тебе на прощание один совет: старайся проживать каждый день так, словно он последний!

Иногда чудеса случаются в повседневной жизни, а мы не замечаем их просто потому, что уже привыкли к ним. Выйдите ранним субботним утром из дому за молоком и взгляните на небо. Вы увидите парящую над головой каменную глыбу весом 70 000 000 000 000 000 000 000 килограммов, которая странным образом не падает. Это Луна (здесь хотелось бы выразить благодарность физике – все-таки в ней есть и что-то хорошее!). Стоя с молоком в очереди в кассу, вы можете увидеть очередное чудо в образе слегка опустившегося типа, стоящего перед вами с сосисками, сигаретами и баночным пивом. Это существо в плохо сидящем спортивном костюме, которое демонстрирует вам свою заднюю часть, – настоящее чудо. В его дряблом теле объединилось около 37 триллионов клеток, решивших работать в команде и стать чем-то большим, чем просто сумма участников. За всем этим стоят миллиарды лет развития.

А ведь такое объединение потребовало от клеток определенных жертв. Одноклеточный организм вправе использовать все имеющиеся в его распоряжении гены. А вот клеткам, объединившимся с целью создания этого чудесного существа, которое роется в карманах своего трико с вытянутыми коленками в поисках мелочи, пришлось отказаться от такого права, во всяком случае от значительной его части. Каждая специализированная клетка в организме согласилась с тем, что отныне будет использовать только ту часть своих генов, которая необходима для выполнения ее функций. Все остальные гены надлежит игнорировать. Клетка превращается в крошечное колесико гигантской машины. Она не может размножаться, когда ей вздумается. Если повезет, клетке позволят произвести несколько делений в самом начале, чтобы обеспечить организму начальный рост или устранить повреждение и восполнить нехватку тканей. Но в основном организм нашего чудесного покупателя является для большинства клеток тупиковым путем. Шанс, что какая-то из его клеток станет новым человеком, составляет приблизительно 1,4 к 37 триллионам – если исходить из того, что в немецких семьях насчитывается в среднем 1,4 ребенка (но, глядя на этого типа с его пивом, можно прийти к выводу, что в его случае шансы еще меньше).

Клеткам в составе организма индивидуализм противопоказан. Но что будет, если личные желания все-таки возобладают и какая-то клетка решит вспомнить свои былые одноклеточные времена и начнет делиться, как и когда ей заблагорассудится? В этом случае она превратится в смертельную угрозу для всего организма. Возникнет рак. Удивительно, что наши клетки вообще способны выжить за пределами отведенной для них роли. Ведь они распрощались со своей свободой еще в незапамятные времена. И все же под тонкой оболочкой генов, которые дали клятву «один за всех и все за одного», всегда найдется воин-одиночка. Это не значит, что вырожденная клетка может существовать самостоятельно, как одноклеточный организм. Ей по-прежнему нужен организм, снабжающий ее всем необходимым, но теперь она уже не часть команды, а паразит. Однако стремление клетки-одиночки к свободе сильно затруднено, потому что ставки в игре очень высоки.

Прежде чем клетка выродится, в ее геном должна проникнуть ошибка, а клетка предпринимает все возможное, чтобы этого избежать. Для этого используются хитроумные копировальные машины ДНК (полимеразы) и сложные ремонтные системы, которые поддерживают целостность ДНК. Но, несмотря на все усилия, изменения в наследственном материале все-таки возможны.

Впечатляющим примером изменения клеток служат родимые пятна, состоящие из клеток с мутировавшими генами. Кроме того, родинки доказывают, что генетическая ошибка в отдельных клетках не всегда сразу приводит к раку.

Велика ли опасность? Все зависит от того, насколько важные гены подверглись мутации. Если речь идет о раке, то это главным образом два вида генов: протоонкогены и гены-супрессоры опухолей. Две данные группы можно сравнить с водителем и инструктором по вождению.

Одна клетка организма похожа на спортивный автомобиль, стоящий в пробке. Она плотно зажата между другими клетками ткани. За ее рулем сидят протоонкогены, совместными усилиями контролирующие двигатель размножения клеток и постоянно держащие ногу над педалью газа, чтобы при необходимости сразу запустить процесс деления. Но в сформировавшемся организме такой необходимости, разумеется, нет. В качестве дополнительной страховки на соседнем пассажирском сиденье сидят гены-супрессоры, подавляющие развитие опухоли, которые, подобно инструктору, следят за тем, чтобы размножение клетки не вышло из-под контроля. У них под ногами расположена большая тормозная педаль и автогенный резак. До поры до времени все идет хорошо. Все ведут себя разумно, обстановка спокойная. Светит солнце, жарко, пахнет соляркой и разогретым асфальтом. И вдруг в наследственном материале клетки что-то меняется – как всегда, абсолютно случайно и неожиданно. Если мутация затрагивает гены, потеющие на водительском сиденье, спокойный и выдержанный протоонкоген (ген-предшественник рака) внезапно превращается во взбесившийся онкоген (раковый ген), который, не обращая ни на что внимания, вдавливает педаль газа в пол. В таком состоянии клетка могла бы начать неконтролируемый процесс деления и ввергнуть в хаос все прилегающие ткани, если бы рядом с водителем, которого одолевает идиотский смех, не сидели гены-супрессоры. Они образуют сеть, постоянно контролирующую клетку и вмешивающуюся, если в процессе ее размножения что-то начинает угрожать самой клетке и организму в целом, как в описанном выше случае. Мотор деления клетки взвывает и готов уже разогнать машину, но гены-супрессоры давят на педаль тормоза. Деления не происходит.

В такой ситуации гены-супрессоры делают то, на что настоящий инструктор по вождению вряд ли пошел бы: тяжело вздохнув, они достают из-под сиденья автогенную горелку и разрезают всю машину на части, то есть обрекают клетку на смерть посредством апоптоза. Как видите, для того, чтобы превратить нормальную клетку в раковую, одной мутации недостаточно. Требуется, как минимум, еще одна, которая выводит из строя супрессоры прежде, чем они успевают вмешаться. Для многих видов рака этот процесс в реальности выглядит сложнее. По некоторым оценкам, требуется не менее шести критических мутаций в различных генах, прежде чем ситуация выйдет из-под контроля и клетка начнет делиться без оглядки на последствия. Но даже если такое произойдет, нельзя считать, что организму пришел конец, поскольку иммунная система неустанно ищет клетки, выбившиеся из общего строя, а когда находит, изымает их из обращения. На самом деле наша иммунная система каждый день уничтожает клетки, сошедшие с пути истинного.

Таким образом, возникновение рака зависит от множества различных факторов: насколько хорошо работают гены, отвечающие за ремонт ДНК и контроль за ростом клеток; насколько эффективна иммунная система; какие воздействия испытывает ДНК. Все эти аспекты влияют на вероятность заболевания раком. Но речь идет лишь о вероятности, то есть от того, повезет или нет. У курильщика со стажем шанс заболеть раком легких выше, чем у аскета, живущего в Гималаях и питающегося приготовленными на пару овощами и рисом. Тем не менее человек может курить на протяжении 70 лет (да к тому же еще сигареты без фильтра) и жить себе преспокойно, как один из наших бывших канцлеров. Но строить свои жизненные планы, основываясь на подобных надеждах, было бы неосмотрительно.

Естественно, собственное здоровье интересует нас больше всего, но рак встречается не только у человека, и в мире животных эта болезнь связана с некоторыми удивительными фактами. Если проследить частоту заболеваемости раком у различных видов млекопитающих, то можно констатировать, что она неодинакова. Чем больше животное по размеру, тем ниже вероятность заболеть. Среди мышей от рака умирает почти половина (если до этого они не попадутся коту на завтрак), у человека частота заболеваемости составляет 12,5 процента, а у слона – только 3. И это странно, поскольку тело крупных животных состоит из большего числа клеток. Следовательно, шансы на возникновение подобных проблем у них должны быть выше (хотя бы потому, что, пока животное вырастет, его клеткам приходится делиться чаще и дольше, а это повышает вероятность ошибок). Кроме того, по мере увеличения размера растет и средняя продолжительность жизни. Если мышь, как правило, живет не больше двух лет, то слоны достигают возраста 50 и более лет. Киты тоже являются не только гигантами, но и долгожителями. Откуда нам это известно? Мы и сегодня еще встречаем китов, в теле которых застряли гарпуны Викторианской эпохи. Серые киты, живущие у побережья Гренландии, доживают до 200 и более лет. Люди в этом отношении представляют собой биологический курьез: мы живем значительно дольше, чем можно было бы ожидать, исходя из размеров тела. Но против этого вряд ли кто-то будет возражать.

Все эти факторы: количество делений клеток, число самих клеток и продолжительность жизни – говорят за то, что шансов заболеть раком у слона должно быть намного больше, чем у мыши. Но на деле все наоборот. Парадокс. Точнее говоря, парадокс Пето, потому что первым, кто обратил на него внимание общественности в 1975 году, был английский статистик и эпидемиолог Ричард Пето.

Почему так происходит? Моя бабушка сказала бы: «Потому, что так положено» – и была бы права. Клеточные системы, предотвращающие рак, должны, в числе прочих обстоятельств, учитывать величину животного и продолжительность его жизни. Если слон будет умирать слишком рано, то это нелепость с точки зрения эволюции. Серому великану требуется продолжительное время, чтобы достичь хотя бы половой зрелости. А мышь достигает ее уже через шесть недель после рождения. Пока мы еще не полностью понимаем, чем регулируется продолжительность жизни, но есть предположения, что клетки крупных животных лучше справляются с ремонтом ДНК и эффективнее уничтожают потенциальные опухолевые клетки. Кроме того, вследствие более медленного обмена веществ в их организме образуется меньше агрессивных соединений кислорода, что помогает гигантам долгое время оставаться молодыми и избегать рака.

Но давайте вернемся к проблеме опухолевых клеток. Еще недавно они усердно работали в коллективе и вдруг превратились в радикальных индивидуалистов, несущих смерть. Начав расти, такая опухоль уже не останавливается и порождает все новые мутации. Из-за уже возникших ошибок возрастает вероятность появления новых. Так протекает эволюция раковых клеток. Они становятся все агрессивнее и в конце концов возвращают себе древнюю способность одноклеточных – делиться до бесконечности.

В случае сильного вырождения опухолевые клетки образуют новые колонии в других частях тела – метастазы. Зачастую это ведет к смерти организма и, как правило, самих раковых клеток.

За исключением стволовых клеток, нормальные клетки организма не обладают способностью к бесконечному делению. С каждым новым делением сгорает, образно говоря, часть фитиля, и в конце концов наступает конец. Роль фитиля выполняют структуры ДНК на концах хромосом, которые носят название теломер. Они нужны нам, поскольку механизмы, копирующие ДНК в ходе деления клетки, не могут дойти до самого конца хромосомы и в результате небольшая часть ДНК каждый раз теряется. Теломеры предназначены как раз для того, чтобы не допустить ситуации, при которой будут потеряны жизненно важные гены. Резерв ДНК пополняется с помощью специального энзима теломеразы, которая заново удлиняет последовательности. Правда, ген для производства этого фермента в большинстве человеческих клеток отключен, что лишает их бессмертия. Таким образом, дни клеток (то есть количество их делений) сочтены. В то же время раковые клетки зачастую способны активизировать производство данного энзима.

Все ли мы рассказали о процессе развития от индивидуальных одноклеточных до сложных организмов? Не совсем. Очень редко, но все же случается, что смерть организма не вызывает смерти опухолевых клеток. Если они своевременно смогут попасть в другой организм, то у них еще есть шанс. Но, даже если это и удается, возникает вторая проблема: срабатывает система защиты организма-хозяина. Как и при трансплантации органов, иммунная система распознает чужеродный материал и вступает в борьбу с ним. То, что трансплантация органов все-таки проводится, объясняется тем, что пересаживаемая ткань подбирается с учетом максимального сходства с тканью реципиента. Кроме того, активность иммунной системы дополнительно подавляется с помощью медикаментов.

На сегодняшний день известно четыре случая из мира животных, когда опухоли удавался такой невероятный трюк. В их число входит трансмиссивная венерическая опухоль собак, передающаяся половым путем. Генетические исследования этой опухоли показали, что ей уже около 11 тысяч лет, и с тех пор она передается от одной собаке другой.

 

На этом наша драма заканчивается. Круг замыкается: от одноклеточного – к сложному многоклеточному организму и обратно.

КОНЕЦ

(занавес опускается до следующий главы)