16.12.2011

Почему многоклеточные организмы не распадаются на отдельные клетки

По мнению исследователей, многоклеточные организмы от распада защищает то, что все их клетки — близкие родственники друг друга, и им нет смысла конкурировать между собой, пишет PhysOrg.

Биологам давно не даёт покоя вопрос о возникновении многоклеточности. Сейчас мы воспринимаем её как нечто само собой разумеющееся, но ведь, если подумать, подавляющее большинство клеток организма приносит себя в жертву ради небольшой популяции половых клеток. И, естественно, сейчас мы видим все плюсы такой стратегии — но как она возникла? Ведь во время становления многоклеточности объединявшиеся клетки были равны между собой. Что заставляло их потом пренебрегать интересами собственных генов в пользу размножающихся товарищей по многоклеточной колонии?

Исследователи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе (США) попробовали рассмотреть этот вопрос под другим углом. На примере слизевика Dictyostelium discoideum они решили узнать, что определяет срок жизни колоний этой амёбы. Диктиостелиум можно обнаружить везде — от Антарктики до пустынных зон, в умеренных почвах и в кронах тропических деревьев. Одиночные клетки диктиостелиума перемещаются в поисках бактерий, которыми питаются. Но если пищевые ресурсы вдруг истощаются, амёба меняет поведение: клетка начинает выделять химические сигналы, привлекающие другие клетки, и они сливаются в довольно крупного, в несколько миллиметров, «слизняка». В таком виде колония перемещается к теплу и свету и, найдя подходящее место, формирует плодовое тело. При этом 20% клеток превращаются в стебелёк, подпорку, на вершине которого оставшиеся клетки формируют споры. Те, кому посчастливилось попасть в споры, выживают за счёт образовавших ножку плодового тела.

В конце 1990-х учёные заметили, что некоторые линии диктиостелиума могут жульничать: они почти никогда не образуют ножку плодового тела и почти всегда формируют споры. Эти «читеры» научились уменьшать адгезию между собой и другими членами колонии и ускользать таким образом из зоны образования ножки. Но такая способность имеет и оборотную сторону: клетка рискует потерять связь с колонией, оставшись одна. Было замечено, что в колониях, сформированных родственными амёбами разных поколений, потомки были более склонны к обману, чем родительские клетки. Джоан Штрассман и Дэвид Келлер из Вашингтонского университета попробовали растить амёб в течение длительного времени, периодически отсаживая дочерние клетки от материнской колонии. Через несколько десятков поколений оказалось, что некоторые амёбы окончательно потеряли способность работать сообща. Сборище таких клеток никогда не образовывало плодового тела, и каждый выживал и размножался независимо от прочих.

Но в реальности до такого редко доходит: по словам учёных, среди более чем 2 000 диких колоний диктиостелиума им не удалось найти абсолютных «читеров». При этом амёбы, составляющие одно плодовое тело, всегда являются ближайшими родственниками (если не клонами). И тогда учёные поставили следующий эксперимент: они смоделировали истинно природные условия, когда какая-нибудь амёба находит место, богатое бактериями, и начинает делиться, образуя колонию. В процессе роста колонии все её участники конкурируют исключительно сами с собой, среди них нет более или менее честных «пришельцев». Поэтому все мутации, которые определяют склонность к жульничеству, обращаются против своих обладателей. В итоге ни одна из линий так и не утратила полностью способности формировать плодовое тело.

В своей статье, опубликованной в журнале Science, исследователи говорят о верхнем пороге в сотню поколений. Именно в течение ста поколений мутации, направленные против многоклеточности, могут накапливаться в колонии, не нарушая способности формировать плодовое тело. То, что не происходит отбора в пользу «жуликов и воров», исследователи объясняют тем, что все клетки колонии являются потомками одной родительской клетки и среди них нет представителей других родов, с которыми нужно конкурировать.

Многоклеточность, таким образом, удерживается за счёт генетического родства всех клеток: грубо говоря, клеткам печени нет смысла конкурировать со сперматозоидами и яйцеклетками, поскольку они все «одной крови». Вот если бы человеческий организм получался в результате совместной работы нескольких оплодотворённых яйцеклеток, каждой со своим генетическим багажом, тогда перед нами действительно стояла бы угроза распада. Что до накапливаемых мутаций против многоклеточности, то их обнуление также происходит на стадии одной клетки: если у споры или яйцеклетки остаётся много таких мутаций, то получившийся из неё организм попросту не оставит потомства и эти мутации канут в эволюционное небытие.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. КОМПЬЮЛЕНТА