Быть многоклеточным легко и приятно

Представьте себе, что вы ангел. Причем не какой-то рядовой ангел-хранитель на фрилансе, а штатный сотрудник огромной корпорации по сотворению жизни на Земле. Ребята из других отделов уже проделали огромную работу, наклепав кучу всяких амеб, эвглен, инфузорий и других прихотливых тварей. Результаты обсудили на совете директоров, и Босс принял решение: пора разрабатывать многоклеточных. Амбициозная задача делать многоклеточное на основе заднежгутиковых поручена вашему отделу, а другой отдел параллельно — чтобы подстегнуть дело здоровой конкуренцией — лепит свой вариант из двужгутиковых*. Ну так вот, как бы вы взялись за это дело?

Сперва кажется, что все просто: надо только, чтобы клетки после деления не расходились каждая по своим делам, а оставались склеенными, делая общее дело (позже можно подумать и о специализации). Это не сложно, но засада в том, что в этом случае клетки будут нарастать бесформенным комом, вроде раковой опухоли. Чтобы вместо такого комка образовалось, к примеру, человеческое сердце или червяк, нужно, чтобы клетки росли ровно в форме сердца, или в форме червяка, не выходя за контуры, притом что эти контуры нигде не нарисованы, и сама делящаяся клетка о них ничего знать не может. Теперь вы, возможно, оценили грандиозность стоящей перед вами инженерной задачи.

Наконец, после отчаянного брейнсторма вы с ребятами по крайней мере поняли, с чего начать. Неплохо бы заставить клетки делиться не как попало, а в определенном направлении. Если, например, клетка все время будет делиться вдоль одной оси, мы получим уже не комок, а нить из клеток, следующих друг за другом. Это, между прочим, готовая грибная гифа (то, что называется «грибницей»). А если клетки будут делиться в одной плоскости, то получится тонкий слой клеток, вроде человеческой кожи. «Неплохо... — сказал Босс. — Уже есть с чем работать».

Глаза боятся, руки делают: вот и готов рабочий прототип. Настоящему профи, как вы, сложно объясняться с ламерами, но там, короче, в основе конструкции один белок, сокращенно называется GK-PID. Он соединяется с трубочками, которые при делении клеток растаскивают хромосомы в разные стороны. И он же находит на клеточной стенке места — полюса, указывающие, куда именно растаскивать эти хромосомы (сам же он узнает об этом от соседних клеток). Вот такую вы придумали конструкцию, и Шефу она понравилась.

О том, что всемогущему Творцу понравилась эта конструкция, биологи знают совершенно точно: именно так клетки всех животных (а может, и не только животных) выбирают направление, в котором им надо делиться, чтобы получилась, например, гладкая кожа, а не бородавка. Сложность в том, как бы рассказать ту же самую историю, не пользуясь концепцией всемогущего Творца и Его разумного замысла. Именно такую задачу поставила перед собой группа клеточных биологов из нескольких университетов США. И предложила очень изящный вариант, подкрепив его доказательствами.

Дело в том, что у всех животных есть другой белок, весьма похожий на нашего героя. Только он занят совсем другой работой: занимается строительством ДНК и носит скромное имя гуанилат-киназы. Наши смекалистые американцы собрали данные о последовательностях всех известных белков этого семейства у разных тварей, включая одноклеточных, и построили родословную (то есть восстановили историю того, как менялся этот белок в ходе эволюции).

По всему получалось, что примерно этак миллиард лет назад древний ген GK удвоился. Одна копия продолжала выполнять свою незаметную, но нужную работу по подготовке сырья для ДНК, а другая оказалась не при делах. Из нее-то и получился наш герой GK-PID, на основе которого у Бога — или эволюции — появилась возможность наконец-то состряпать многоклеточные организмы.

Но это — гадание на кофейной гуще, а наши исследователи пошли дальше. Они, собственно, реконструировали этот самый предковый белок GK, сделали его искусственно. А потом проверили, что он умеет. Он, как и следовало ожидать, оказался обычной гуанилат-киназой и совершенно не умел указывать клетке, как ей делиться.

А затем исследователи поменяли в этом белке всего одну аминокислоту. И произошло чудо: эта новая штука начисто забыла, как привешивают фосфат на гуанин, зато стала очень ловко ориентировать веретено деления и указывать клеткам, в какую сторону им следует прирастать. Именно такой белок, с единственной заменой, — если верить выстроенной учеными родословной — и стал предком всех-всех GK-PIDов у разных тварей, живущих на Земле. И лишь после этого, примерно 800 млн лет назад, — видимо, после внедрения еще нескольких инноваций — на свет родилось первое многоклеточное существо.

Итак, если вы по-прежнему ангел, у нас для вас плохие новости: ваш отдел расформирован за ненадобностью, потому что его работу природа могла сделать (и сделала) с помощью единственной случайной мутации. Если же вы человек, то примите поздравления: наука начала понимать ключевое событие, лежавшее в основе превращения вас из глупого жгутикового в настоящее многоклеточное существо. Будем с гордостью нести высокое звание человека. Возможно, за долгие новогодние каникулы читатели заметили, что даже гордый статус позвоночного, а то и вторичноротого** требует от них постоянных нравственных усилий. Но, по крайней мере, быть многоклеточным, как выяснилось, совсем несложно. Как-то само получается.

Примечания

* Заднежгутиковые — это, в частности, и мы с вами, и вообще все животные. У нас, правда, от этих жгутиков остался только хвостик сперматозоида, но зато работает он в точности так, как у наших родственников — губок и хоанофлагеллят. А на базе двужгутиковых конкурирующему отделу корпорации Творца удалось сделать растения.

** Позвоночные (мы с вами), наряду с морскими звездами, голотуриями и некоторыми другими менее известными тварями относятся ко «вторичноротым» — у нас рот не на том месте, где находилась дырка в зародышевом шарике из клеток, а с противоположной стороны. Что у нас на месте той дырки, автор при дамах не может сказать. А вот червяк или слизняк — они «первичноротые», у них рот и задница на своих первоначально намеченных местах.

Популяризированное изложение захватывающей истории о том, как из гуанилат-киназы получился важный для эволюции белок GK-PID, можно прочитать по-английски здесь.