Книга слизи. Скользкий след в истории Земли - Сюзанна Ведлих

С 1940-х годов в качестве колыбели тогда еще уязвимой и нежной жизни рассматриваются глинистые минералы, поскольку биологические структурные элементы могут поселиться и закрепиться на их пористых поверхностях. Эта идея всегда была на втором плане, но сейчас набрала популярность в актуализированной форме. Согласно ей, глинистые минералы на раннем этапе были альтернативой защитной клеточной мембране. В морской воде и в условиях, которые были свойственны палеоокеану, минералы могли создавать гидрогель, на котором биомолекулы охотно селились и от которого обогащались. Впрочем, эта желеобразная масса способна на большее: она защищает нуклеиновые кислоты, такие как ДНК, дает им возможность осуществлять функции по дублированию и передаче генов в протеинах, а также даже ускоряет воспроизводственные процессы.

Итак, разрушительные энзимы были вынуждены держаться на дистанции, а продуктивные энзиматические реакции, наоборот, получили импульс. Ученые предполагают, что определенные энзимы, особенно хорошо функционирующие в глинистом гидрогеле, могли развиться в ходе эволюции. Кроме того, тут скрывается ответ на вопрос, как протоклетки могли изолироваться без современных сложных мембран. Дело в том, что им это было и не нужно, потому что гидрогель сам создавал защищающее от окружающей среды пространство.

Когда бы мы как предки наши были —

Комочком слизи в глубине болот,

Любовь и смерть и счастье в топком иле,

И соков бытия невпроворот.

ГОТФРИД БЕНН, «Напевы»

Возможно, не было необходимости и в глинистом матриксе. Если структурные компоненты нуклеиновых кислот накапливаются в большом количестве, то, например, при перепаде температуры, они могут объединиться в более длинные молекулы. Правда, часто они вскоре снова отделяются. Как показали мюнхенские физики Дитер Браун и Кристоф Маст, многие цепочки ДНК и РНК при определенных обстоятельствах все же остаются стабильными и, даже объединившись с аналогичными молекулами, образуют более крупные комплексы.

С этим связано одно интересное наблюдение: нуклеиновые кислоты сами создавали гидрогели толщиной в несколько миллиметров. Подобное поведение было также замечено у протеинов. Иными словами, центральные биомолекулы клетки могут создавать слизи для себя одних.

Сыграли ли гидрогели роль в развитии первых клеток? Не существует однозначного доказательства, однако в современных клетках чувствуется определенное эхо. Клетки – это не гидрогели, но имеют с ними много сходств. Наконец, они за счет трехмерной структуры пронизаны полимерами, скрепляющими жидкость внутри клетки. В результате получается определенный вязкоупругий гель, в котором отдельные молекулы и структуры могут свободно передвигаться. В любом случае органеллы, такие как ядро клетки и митохондрии, имеют свои собственные оболочки.

Рисунок 23. Многометровые «белые курильщики» (1) создают гидротермальную среду в глубинах Атлантики. Она носит название «Потерянный город» и представляет собой экстремальную окружающую среду, в которой микробы выживают благодаря тому, что окружены слизистыми биопленками (2)

В предприятии под названием «клетка» органеллы представляют собой отделы, к которым требуется код доступа. Например, тот, кто хочет попасть в ядро клетки, должен сначала пообщаться с очень придирчивым гидрогелем в одной из пор ее гелевой оболочки. Остальные молекулы делят пространство внутри клетки как общую рабочую зону без четко закрепленных мест. В целом царит некий хаос, однако при необходимости молекулы объединяются в команды и начинают работать над отдельными проектами. Протеины в таком случае объединяются в собственный гель в и без того желеобразном пространстве внутри клетки. Эти структуры называются немембранными органеллами. Они могут образовываться также и в ядре клетки. Здесь речь идет о жидких капельках, которые взаимодействуют друг с другом, но при этом не смешиваются с остальным содержимым клетки. Таким образом, это открытое, но разделенное на зоны пространство, предназначенное для конкретных функций. Речь идет об активности генов, производстве протеинов, клеточной реакции на стресс и других важных процессах, протекающих здесь под контролем и без отвлекающих факторов.

Впрочем, опять же, это временное явление, поскольку немембранные органеллы вскоре снова распадаются. Если же они остаются в подобной форме, последствия могут быть серьезными. Иными словами, четко отлаженный процесс выходит из-под контроля, а жидкие капли застывают и становятся жестким материалом. Ученые связывают такие нарушения с тяжелыми заболеваниями, например с болезнью Альцгеймера. При данной форме деменции в мозге откладываются нерастворимые клубки, которые разрушают нервные клетки.

Тем не менее все еще мало известно о строении, функции и растворении этого геля. Правда, есть указания на то, что чрезмерно застывшие немембранные структуры могут играть роль и при других видах деменции, при болезни Паркинсона, а также при диабете второго типа и боковом амиотрофическом склерозе. Эти процессы исследуются медленно, потому что сама цитоплазма – это очень сложная жидкость, и немембранные органеллы сохраняются только в этой среде. Несмотря на это, эти вопросы могли бы развить совершенно новые отрасли клеточной биологии, выводы которой пригодились бы как здоровым, так и больным организмам.

Рисунок 24. Слизевики растут в форме токийской сети железных дорог (1). Томас Генри Гексли, «бульдог Чарльза Дарвина» (2). В «Путешествиях Гулливера» Джонатана Свифта (1726) герой встречает Гуигнгнмов (4) в одноименном месте (3). Плодовое тело слизевика Physarum psittacinum (5)

Душа клетки

Если дети попадают в плохую компанию, родители часто начинают обвинять друг друга. Похожая ситуация произошла и с крестными отцами Bathybius haeckelii, первичной слизи, предположительно пульсирующей на морском дне. Как только стало очевидно, что экспедиция «Челленджера» не увенчалась успехом и Bathybius не был обнаружен, Томас Генри Гексли сразу же признал свою вину. В качестве объяснения он сознался, что сам окрестил эту находку и надеялся ею гордиться, однако Bathybius не оправдал ожиданий. Таким образом, Гексли извинился перед всеми участниками исследования, но повторил, что в полной мере берет вину на себя.

Эрнст Геккель, в свою очередь, еще целое десятилетие продолжал защищать свою слизистую гипотезу, ослепленный любовью к своему непутевому «крестному сыну». Что же тогда случилось с экспедицией «Челленджера»? Не удалась, потому что Bathybius обитает не везде. А что же с профессором Гексли? Он поставил на всем жирный крест. «Настоящий отец так легко не отказывается от разочаровавшего его ребенка», – язвил Геккель. Его настойчивость объяснима, так как Bathybius был основанием древа жизни природы в его представлении.

Эта широко разветвленная система основывалась на так называемых монерах, примитивных живых существах, которые представляли собой просто капельки слизи, наиболее ярким представителем которых был Bathybius. Без первичной слизи существование монер, а вместе с тем и основа идеи Геккеля были бы поставлены под угрозу. Впрочем, Геккель