Великие вымирания - Ли Чонмо

Это касается не только крупных видимых организмов, но и простых многоклеточных существ. Как найти пару? Как избежать постоянных блужданий в поисках партнёра? Решение нашлось: вместо того чтобы передвигаться целиком, организм стал выпускать специализированных одноклеточных «представителей», которым делегировалась возможность спаривания. Так появились гаметы – клетки-партнёры для полового размножения. Они искали друг друга и объединялись, давая начало новому организму. Вот так и был сделан первый шаг к сексу.

Первые эукариоты экспериментировали с различными типами гамет. Однако природа отобрала организмы с самыми эффективными из них – сперматозоидами и яйцеклетками. Почему именно эта комбинация оказалась оптимальной? Почему, например, сперматозоиды не могут оплодотворять друг друга, а яйцеклетки – соединяться между собой?

Для начала давайте определим, что такое самец и самка. Если организм производит сперматозоиды, он считается самцом, а если яйцеклетки – самкой. Сперматозоиды – это гаметы, которые имеют небольшие размеры, обладают подвижностью, но содержат только необходимый минимум питательных веществ, достаточный для того, чтобы добраться до яйцеклетки. Яйцеклетки, напротив, представляют собой более крупные гаметы, которые сами по себе неподвижны, но содержат достаточно питательных веществ для развития зародыша после оплодотворения.

Комбинация двух сперматозоидов имела бы высокие шансы на встречу благодаря их подвижности, но в ней отсутствовали бы необходимые для развития организма питательные вещества. А пара из двух яйцеклеток, хотя и обладала бы бо́льшим запасом питательных веществ, практически не имела бы шансов на встречу, поскольку у обеих гамет отсутствует подвижность. Поэтому природа выбрала наиболее эффективную комбинацию: «сперматозоид – яйцеклетка», которая представляет собой сочетание подвижной гаметы (сперматозоида) и гаметы с достаточным запасом питательных веществ (яйцеклетки).

Половое размножение – дело непростое. Чтобы передать потомству только половину своих генов, клетки проходят специальный процесс под названием мейоз. Иногда гены случайным образом перемешиваются, создавая новые комбинации. Увеличение генетического разнообразия в популяции крайне важно для выживания вида. Оно повышает устойчивость к болезням и экологическим стрессам. Если бы все особи были генетически идентичны, то один патоген или изменение окружающей среды могли бы уничтожить всю популяцию. Но благодаря разнообразию всегда найдутся особи, способные выжить даже в изменившихся условиях.

Когда генетические изменения накапливаются на протяжении многих поколений, в какой-то момент различия становятся настолько значительными, что мы уже не можем говорить о том же виде. Так появляются новые формы жизни, отличные от своих предков. Мы называем этот процесс эволюцией.

Так секс заложил основу для возникновения новых форм жизни. Выходит, что без полового размножения не было бы эволюции, а значит, и того многообразия жизни на Земле, которое мы наблюдаем сегодня. И всё это стало возможным благодаря мне – митохондрии!

Бедняжки, которые не могут умереть

Когда из LUKA появились первые бактерии и археи, они не умирали. Они просто бесконечно клонировали себя с помощью бинарного деления. Но не стоит ошибочно думать, что бактерии и археи существуют вечно, не имея возможности исчезнуть. Они просто не могут умереть в привычном нам понимании, но могут быть уничтожены. Вам это кажется странным? Однако в современном мире есть похожие существа. Речь идет о вирусах.

Пробиотические бактерии в кишечнике человека, увеличенные под микроскопом. Эти бактерии настолько малы, что не могут самостоятельно поддерживать жизненные процессы

Трудно сказать, являются ли вирусы «живыми» или «мертвыми», потому что они не совсем подходят под определение жизни. Они красиво выглядят под электронным микроскопом и содержат гены в ДНК или РНК внутри своей белковой оболочки, но не могут самостоятельно поддерживать жизненные процессы. Вирусы проявляют признаки жизни только тогда, когда находятся в клетках живых существ, таких как растения или животные.

Почему вирусы не могут самостоятельно поддерживать жизненные процессы? Всё из-за их маленького размера.[71] Чтобы бактерия могла заразить животное, ей надо попасть в его клетку[72], а для этого она должна быть очень маленькой – примерно в миллион раз меньше животной клетки. Но даже бактерии могут быть заражены вирусами, – это говорит о том, что вирусы гораздо меньше бактерий. Насколько они малы? Поставьте точку шариковой ручкой рядом с кубиком, длина которого с одной стороны составляет один сантиметр. Если представить, что этот кубик – крупинка соли, то точка от ручки будет соответствовать размеру животной клетки.

Насколько же тогда малы вирусы? Они настолько малы, что не могут самостоятельно поддерживать жизненные процессы. Не обладая полноценными жизненными функциями, они не являются жизнью в полном смысле этого слова. А не будучи по-настоящему живыми, они не могут и умереть. Такова природа вирусов – они не умирают, а просто прекращают своё существование. То же самое относится к бактериям и археям, которые бесконечно воспроизводят себя путём деления. У них нет возможности умереть, потому что их копии всегда продолжают жить. Не имея определённого срока жизни, они не могут умереть естественной смертью, а могут быть только уничтожены внешними силами.

Как вам такая перспектива? Стоит ли завидовать вирусам, бактериям и археям, которые не могут умереть?

Изобретение клеточной смерти

Если бы человечество по достоинству оценило все мои заслуги, о которых я вкратце упомянула, возможно, появилась бы религия, восхваляющая меня любимую. Её могли бы назвать «Церковь митохондрий» или, используя терминологию «Звёздных войн», мидихлорианством. Впрочем, я прекрасно понимаю, что этого никогда не случится. Потому что митохондрии, которые являются источниками энергии и обеспечивают возможность полового размножения, не даруют вечную жизнь. Напротив, именно мы впервые «изобрели» смерть, которой раньше не существовало в мире живых организмов.

В великом спектакле жизни на Земле смерть может показаться незначительным второстепенным персонажем. Но на самом деле она играет главную роль в эволюции жизни и поддержании экосистем. Впервые смерть появилась не как гибель целого организма, а как гибель отдельной клетки – апоптоз. В переводе с греческого это слово буквально означает «отпадение». То есть это процесс, в ходе которого клетка сама отделяется внутри организма и умирает.

Апоптоз отличается от некроза, который происходит случайно из-за травмы или болезни. При апоптозе клетка умирает под строгим контролем. Когда происходит дисфункция митохондрий, в них выделяются особые сигнальные вещества, которые соединяются с рецепторами на поверхности клетки. Клетка понимает, что с ней что-то не так, и запускает цепочку реакций: уменьшается в размерах, хромосомы уплотняются, а ДНК начинает разрушаться. В итоге клетка разрушает сама себя. Остатки разрушенной клетки полностью убираются фагоцитами –