Читати книгу - "Егоїстичний ген"

три. Чому гени об’єдналися в клітини? Чому клітини об’єдналися в багатоклітинні організми? Та чому організми пристали на те, що я називаю «життєвим циклом вузького горлечка»?

Отже, перше запитання: чому гени об’єдналися в клітини? Чому ці давні реплікатори відмовились від вільного й незалежного існування в первісному супі та вирішили зібратися у величезні колонії? Чому вони співпрацюють? Дещо ми зрозуміємо, якщо розглянемо, як сучасні молекули ДНК співпрацюють одна з одною на хімічних фабриках, якими є живі клітини. Молекули ДНК виготовляють білки. Білки працюють як ферменти, каталізуючи конкретні хімічні реакції. Дуже часто однієї-єдиної хімічної реакції буває недостатньо для синтезу корисного готового продукту. На людських фармацевтичних фабриках синтез корисних хімічних речовин потребує цілих виробничих ліній. Первинну хімічну речовину неможливо безпосередньо перетворити на бажаний готовий продукт. Для цього, неухильно дотримуючися певної послідовності, потрібно синтезувати низку проміжних сполук. Велика частка винахідливості хіміків-дослідників спрямована на вигадування способів виготовлення придатних проміжних сполук між первинними речовинами та бажаними готовими продуктами. Так само й окремі ферменти в живій клітині зазвичай не можуть самотужки досягти синтезу корисного готового продукту з того чи іншого первинного хімічного матеріалу. Для цього потрібен увесь набір ферментів, де б один каталізував перетворення сировини на перший проміжний продукт, інший — перетворення першого проміжного продукту на другий і т. д.

За кожним із цих ферментів перебуває один ген. Якщо для конкретного процесу синтезу потрібна послідовність із шести ферментів, мають бути наявні всі шість генів їхнього виробництва. Тоді цілком імовірно, що є два альтернативні шляхи, якими можна досягти одного й того ж самого готового продукту, кожен з яких потребує шести різних ферментів без жодних критеріїв вибору між ними. Подібні речі трапляються на хімічних заводах. Вибір певного шляху може статися завдяки історичній випадковості або дещо складнішим намірам хіміків. В природній же хімії вибір, безумовно, ніколи не буде складним. Натомість, він зазнає природного добору. Але як природний добір може посприяти тому, щоби два шляхи не сплутались, а також щоби виникала співпраця груп сумісних генів? Значною мірою, саме завдяки тому самому способові, який я запропонував через аналогію з німецькими та англійськими веслярами (5-й розділ). Важливо, щоби ген певного етапу 1-го шляху набирав снаги поруч з генами інших етапів того самого шляху, але не поруч з генами 2-го шляху. Якщо так сталося, що в популяції вже домінують гени 1-го шляху, добір сприятиме іншим генам цього самого шляху та завдаватиме шкоди генам 2-го шляху. І навпаки. Хоча це й спокусливо, було б абсолютно неправильно вважати, що гени шести ферментів 2-го шляху добираються «як група». Кожен із них добирається як певний егоїстичний ген, але наснажується лише поруч із правильним набором інших генів.

У наші дні така співпраця між генами відбувається всередині клітин. Вона, мабуть, почалась як рудиментарна співпраця між самореплікуючими молекулами в первісному супі (в будь-якому первісному середовищі, яке тоді було). Клітинні стінки, мабуть, виникли як пристосування для того, щоб утримати разом корисні хімічні речовини та перешкодити їхньому зниканню. Багато хімічних реакцій в клітині насправді відбуваються у тканині мембран; мембрана працює одночасно як конвеєрна стрічка та тримач для пробірок. Але співпраця між генами не обмежилась виключно клітинною біохімією. Клітини почали збиратися разом (або перестали роз’єднуватись після клітинного поділу), формуючи багатоклітинні організми.

Таким чином ми наблизилися до другого з трьох моїх запитань. Чому клітини об’єднались у багатоклітинні організми і навіщо їм такі незграбні роботи? Це запитання також стосується співпраці. Хоча фокус посунувся зі світу молекул до більшого масштабу. Багатоклітинні організми переважили можливості огляду мікроскопа. Вони можуть навіть виростати в слонів чи китів. Причому великі розміри — не обов’язково щось добре: більшість організмів становлять бактерії, а от слонів у світі небагато. Але коли всі способи життя, досяжні для дрібних організмів, зайняті, можливості для існування більших організмів все ще залишаються. Наприклад, великі організми можуть поїдати менших, а також уникнути того, щоби їх з’їли такі самі, як вони.

Переваги членства в клубі клітин не припиняються зі збільшенням розміру. Клітини в цьому клубі можуть спеціалізуватися, досягаючи більш ефективного виконання конкретного завдання. Спеціалізовані клітини допомагають іншим клітинам клубу, водночас отримуючи вигоду від ефективності інших спеціалістів. Якщо клітин багато, одні ставатимуть датчиками, що спеціалізуються на виявленні поживи, другі — нервами, що передають повідомлення, треті — жалкими клітиними, що паралізують жертви, м’язами для того, щоб рухати мацачками та ловити здобич, секреторними клітинами для її розчинення, а ще такими, що поглинають поживні соки. Не треба забувати, що принаймні в сучасних організмах, таких як наші з вами, кожна клітина є клоном іншої. Всі вони містять ті самі гени, хоча в різних спеціалізованих клітинах вмикаються різні гени. В кожному типі клітин гени напряму допомагають своїм власним копіям, що перебувають у меншості клітин, спеціалізованих для розмноження, клітин безсмертної зародкової лінії.

А тепер час зосередитися на третьому запитанні. Чому організми беруть участь у життєвому циклі вузького горлечка?

Спершу розглянемо, що я маю на увазі під вузьким горлечком. Все просто: скільки би клітин не було в організмі слона, життя він починає з однієї-єдиної — заплідненої яйцеклітини. Запліднена яйцеклітина якраз і є вузьким горлечком, яке під час ембріонального розвитку розширюється в трильйони клітин дорослого слона. І скільки би клітин певних спеціальних типів не співпрацювали задля виконання неймовірно складної мети — створення дорослого слона, зусилля всіх цих клітин зводяться до остаточної мети, а саме виробництва знов-таки окремих клітин — сперматозоїдів чи яйцеклітин. Слон не лише починає своє життя з однієї-єдиної заплідненої яйцеклітини. Його кінцевою метою (кінцевим продуктом) є виробництво окремих запліднених яйцеклітин наступного покоління. Життєвий цикл великого й масивного слона починається та закінчується вузьким горлечком. Таке горлечко характерне для життєвого циклу всіх багатоклітинних тварин та більшості рослин. Чому? Що в ньому такого? Ми не можемо отримати відповіді, не розглянувши, як би життя могло виглядати без нього.

Буде простіше зрозуміти, якщо уявити собі два гіпотетичних види морських водоростей: А і B. Вид B виглядає як купа пагонів, безладно розкиданих у морі. То тут, то там пагони відламуються та дрейфують собі геть. Вони відламуються будь-де, а відокремлені частини можуть бути різного розміру. Так само, як пагони фруктового дерева, вони здатні вирости цілком схожими на первинну рослину. Таке скидання окремих частин є способом розмноження цього виду. Як ви побачите далі, він не дуже відрізняється від способу росту, за винятком того, що частини фізично відділяються одна від одної.

Вид А виглядає так само й росте тим самим нерівномірним способом. Проте між ними є одна важлива різниця. Цей вид розмножується завдяки випусканню одноклітинних спор, які