Клетки и предклетки

Первые признаки клеток сине-зеленых водорослей находят в слоях 3,2-миллиарднолетней давности. До дня "ноль", того дня, когда родилась наша планета, остается (не забывайте, в этой книге мы движемся против течения времени) "всего" 1,3-1,5 миллиарда лет. Много это или мало? Оказывается, мало! Современная биология считает, что, создав первую настоящую клетку, природа прошла чуть ли не большую часть пути от "первичного бульона" до человека. Самое трудное, оказывается, было создать именно клетку.

Исследователи-биохимики часто склонны сравнивать клетку не с ремесленником-одиночкой, а с целым химическим заводом: столько всяких нужных самой клетке и организму в целом веществ здесь производится. Если же приглядеться к устройству этого завода, то сравнение покажется еще более многозначительным. Завод работает, его части - органеллы (а они же иногда и исполнители работ) движутся, взаимодействуют в согласии, демонстрируя "понятливость" и поведение, не уступающее в сложности поведению клетки в целом...

Вот обязательная для всех клеток органелла - митохондрия. В клетке несколько митохондрий. Это энергетические подстанции клетки. Их автономность, сложность их строения удивительны. Под электронным микроскопом можно разглядеть, что митохондрии сами напоминают многоклеточный организм: их тельце разделено перегородками на маленькие отделения. Недавно обнаружили, что в принципе митохондрии могут делиться, размножаться и без участия "дирекции" клеточного "комбината" - ядра. Недавно как будто обнаружены две разновидности митохондрий, различающихся между собой некоторыми деталями. Есть гипотеза, что эти две разновидности - два пола, а точнее, реликты тех времен, когда митохондрии действительно самостоятельно размножались половым путем и жили вне клеток, времен, когда клеток не было. А были предклетки. Предклетки каким-то образом объединились в целое - нынешнюю настоящую клетку, объединились, создав на первых порах колонию, временный непостоянный союз, а потом, быстро "поняв" преимущества такого общежития, полностью перешли к новой жизни.

Это объединение совершалось не вдруг, в разных вариантах, во много этапов. Подтверждение этому - нынешнее разделение живых существ на организмы безъядерные (сине-зеленые водоросли, бактерии) и прочие, ядерные. Несмотря на всю примитивность безъядерных существ (в их клетках объединились очень немногие предклетки, ставшие органеллами, и нет "главной" органеллы - ядра), они дожили до наших дней, оставшись, правда, на примитивном одноклеточном уровне. Попытки сине-зеленых создать многоклеточный организм после первых успехов остановились на мертвой точке.

По сравнению с этим капитальным разделением организмов на ядерные и безъядерные их разделение на существа, способные к фотосинтезу, и на существа, к нему неспособные, выглядит второстепенным. Академик А. Фаминцын когда-то говорил, что хлоропласты, органеллы зеленых растений, занятые фотосинтезом, - это не простые компоненты клетки, а бывшие самостоятельные организмы, водоросли (может быть, те же сине-зеленые), живущие в симбиозе с приютившей их клеткой. Сейчас это предположение как будто подтверждается. "Раскопки" в недрах хлоропластов привели биологов к замечательному открытию: в этих зеленых зернах обнаружено наследие далеких эпох, своя ДНК, дезоксирибонуклеиновая кислота - основа воспроизводства живой материи.

Как живут органеллы клетки, какие совершают поступки? Именно они участники драмы, имя которой митоз, деление, а сцена действия - клетка. В общем эта драма, финал которой разделение клетки на две, - драма одного "автора", но актеры - великие импровизаторы, каждый раз в зависимости от царства и класса живого мира по-своему интерпретирующие "авторский замысел".

Вот первое действие. В неизменной пока клетке происходят первые малозначительные движения, расходятся к разным полюсам органеллы диктиосомы (видимо, режиссеры этого первого этапа митоза). В ядре червячками гнутся, делясь пополам, хромосомы...

А вот митохондрии, самые самостоятельные органеллы, ведут себя по-разному. У кузнечика они группируются в несколько пучков (чтобы размежеваться, надо сначала объединиться!). А у скорпиона митохондрии клеток по какому-то своему регламенту, не всегда синхронно с действиями хромосом, соединяются в кольца-хороводы.

Если повредить организм, нанести ему травму, ядра всех ближайших клеток сместятся из центров своих владений к окраине, поближе к месту происшествия. Зачем? Отсюда им легче, ближе управлять "починкой", лечением травмы. Но как это происходит? По какому сигналу, что за движитель такой у ядра, что оно плывет по клетке, как захочет?..

Растение по-разному защищается от избытка света. Оно, например, может расположить листья так, чтобы уменьшить освещение их поверхности. Но хлоропласты, зеленые органеллы в клетках листьев, независимо от этих мер, принимаемых организмом в целом, могут сами, как бы чуя, откуда идет опасность, довольно быстро "переезжать" к тому концу клетки, который подальше от света, и сдвигаться обратно, как только свет ослабеет: процесс фотосинтеза поддерживается на довольно постоянном уровне...

Сколько миллионов лет существовал мир самостоятельных органелл, прежде чем, объединившись, они не породили бактерии и амеб, одноклеточные растения и животных? Для этого этапа эволюции явно не хватает срока жизни Земли, что заставляет одних ученых сомневаться в правильности определения этих сроков, а других - снова обратиться к гипотезе панспермии - повсеместного распространения зародышей жизни в космосе.

Я не хочу успокаивать читателя утешением, что вот-вот все выяснится. Наоборот, размышления над цитоэтологией - поведением на клеточном уровне - неизбежно приводят к вопросу об этологии, поведении, в мире больших молекул. Процесс передачи наследственности, строительства белков из кирпичиков-аминокислот идет на уровне молекул. Среди ученых не затихает давний спор, считать ли вирусы организмами. Часто вирус - это одна молекула ДНК или РНК, содержащая в себе крайне бедную наследственную информацию, а потому не слишком сложная, заключенная в чехольчик из нескольких молекул белка. Вирус, безусловно, обладает поведением. Он подходит к клетке-жертве, оставляет снаружи чехольчик, вводит свою ДНК в клетку, переключая этот завод на производство чуждой и пагубной продукции - новых ДНК зловредных вирусов и их белковых "чехольчиков".

Говорят, что вирус не в счет, что он может существовать только как паразит, а потому он потерял весь арсенал признаков, необходимых истинно живому существу. Это, вероятно, так. Но вирусы (и тем более открытые недавно совсем уж простые вироиды) подтверждают тем не менее возможность поведения на молекулярном уровне. В иные времена роль цитоплазмы нынешних клеток для протоорганизмов - органелл играл "первичный бульон" - питательные смеси сложных органических веществ. А еще раньше, когда и органеллы еще только зарождались, молекулярные комплексы, напоминающие вирус, могли взаимодействовать, воспроизводить друг друга, а тем самым весь примитивный "биоценоз" древней лужи, сообщество макромолекул в целом.

Биоценоз... Да, это слово в науке об эволюции живого еще должно занять подобающее ему место. Разве не напрашивается искушение объяснить основную капитальную загадку эволюции - усложнение ее систем - развитием целого из содружества, а потом и слияния частей? Разве не видим мы мысленно, как примитивные биоценозы, состоящие из взаимодействующих молекул первичных луж, постепенно эволюционируя через молекулярные комплексы, дали начало новой "луже", новому биоценозу предклеток - органелл? Как биоценоз этих разных предклеток, научившихся каким-то образом окружать себя общей оболочкой - мембраной, создал независимую "лужу" - первую настоящую клетку? Как клетки, научившись двигаться и сосуществовать друг с другом, создали новые биоценозы вроде рифов докембрийского моря - строматолитов? И как подобные биоценозы постепенно превратились в цельные организмы? Вроде губок? А затем и всех прочих?

Да и многие нынешние биоценозы эволюционируют в том же направлении. Французский биолог Реми Шовен рассматривает муравейник не только как биоценоз, но и как организм: очень уж высока взаимозависимость и специализация участников этого биоценоза. И. Крылов, отстаивая свое право на биологическую классификацию "фитоценозов" сине-зеленых водорослей-строматолитов, сравнивал эти постройки с постройками более высокоорганизованных рифоустроителей - коралловых полипов. Ясно, что полипы - это отдельные организмы, но они уже не могут существовать друг без друга и своей коллективной постройки. А их сооружения-общежития вполне поддаются классификации, почти как настоящие организмы.

А разве не тот же принцип видим мы в величайшем достижении эволюции, рождении нового социального существа - человечества? С его централизованным фондом информации, с накоплением и интегрированием всех культурных достижений величайших индивидуальностей и цивилизаций?..

И снова сливаются биологический и географический подходы к эволюции нашей планеты. Не вульгарное прямое влияние среды на наследственность, а тончайший механизм многосторонних развивающихся связей биоценоза. Течения, волны, соленость диктовали первым объединениям сине-зеленых формы построек. Но сами постройки требовали - через естественный отбор - биологической перестройки коллективных членов содружества. А перестроившись, те сами стали определять типовые проекты коллективных скелетов. Возникло что-то вроде первой сверхиндивидуальности. Биоценоз сине-зеленых перерос в докембрии в биогеоценоз: водоросли стали выделять массу кислорода, начавшего менять лик Земли...

...Вот какие мысли могут возникнуть на защите докторской диссертации по сине-зеленым водорослям...