От клеток-ремесленников к клеткам-рабочим

Итак, в какой-то момент эволюции колония одноклеточных организмов превратилась в первый многоклеточный организм. Правда, «момент» этот наверняка длился десятки или сотни миллионов лет. И резкой границы — вот до сих пор колония бактерий, вот простейших, а дальше уже многоклеточное существо — наверное, не было.

Чем же отличается колония клеток от единого организма? Одноклеточное существо можно сравнить с ремесленником-одиночкой. Ремесленник работает один, и все трудовые операции одного при изготовлении, скажем, воинского доспеха может выполнить другой.

Клетку многоклеточного животного (или растения) можно сравнить с рабочим предприятия. В чем разница? Главное отличие: на предприятии есть разделение труда. Там (даже если это старинное предприятие без механизации — мануфактура) трудятся рабочие разных специальностей и каждый занят своим делом. Заменить одного рабочего другим гораздо трудней, его надо переучивать на другую специальность.

К предкам многоклеточных животных, нашим предкам, ближе всех нынешние низшие многоклеточные. Например, губки. У этих животных нет ни настоящих органов тела (например, желудка или сердца), нет тканей (у нас, ты знаешь, есть мышечная ткань, нервная, покровная и т.д., причем каждая ткань образована клетками одной специальности).

И все-таки губка — это не колония простейших. Клетки ее тела ведут себя очень самостоятельно, они легче переучиваются, осваивая «смежные специальности», чем клетки нашего тела, но они разные, и каждая занята своим делом.

Губка образует что-то вроде открытого кверху кувшинчика. В стенках кувшинчика сидят клетки-трубочки, через которые внутрь губки проникает вода (а с водой кислород для дыхания и всякая муть для питания).

По всей внутренней поверхности кувшинчика сидят совсем иные клетки с хвостиками-жгутиками, очень похожие на существующих в природе простейших жгутиковых инфузорий. Работа этих клеток состоит в том, чтобы дружно болтать своими хвостиками и тем самым заставлять воду течь через клетки-поры внутрь кувшинчика. Снаружи кувшинчик «облицован» плоскими клетками, напоминающими клетки нашего кожного покрова. А между «кожей» и жгутиковыми клетками сидят клетки, занятые улавливанием и усвоением поступающей пищи. Эти клетки бродят по всему телу губки и ведут себя, как обычные амебы. Они охватывают своим студенистым телом частицы пищи и переваривают их в пищеварительных вакуолях, возникающих специально по этому случаю... Если кусок велик и «жалко» его выбрасывать, амебы начинают вести себя более осмысленно. Кусок будет окружен несколькими амебами и переварен коллективно!

Напитавшись, клетки-амебы могут вдруг начать меняться на глазах, отращивая жгутик, и вот уже они заменяют своих голодных собратьев, машут хвостиками, создают ток воды. А те, наоборот, превращаются в амеб и начинают заниматься вопросами пропитания. Может надоесть однотонное существование и клеткам «кожного покрова». И они могут заменить клетки-провиантмейстеры или клетки-водометы. Похоже, чуть не из каждой клетки губки можно вырастить целую новую губку. Но тогда, может быть, губка — это все-таки не целый организм, а колония слегка специализированных клеток? Но нет, именно с губки начинает действовать правило Гарвея, действительное для всех цельных многоклеточных животных: «Все живое — из яйца». У губок есть специальные клетки (опять-таки способные превратиться в другие), занятые вопросами размножения, формирования яйца, зародыша будущей целой губки.

Специально сохраняется в теле губки некоторое число неспециализированных клеток — клеток без определенного занятия. Это на случай беды. Повредит губку прибой или хищник — клетки без специальности кидаются латать дырку: одни наружный защитный слой выстилают, другие, уже с хвостиками, глядишь, воду гонят, третьи дырку в себе прорастили — через пору вода и еда идут, и ее тут поджидают уже сформированные новые клетки-амебы.

Есть клетки, занятые строительством скелета. Очень красивый скелету губок — биокристаллы-спикулы из кальцита или кремня. Почему биокристаллы ? Да потому, что с одной стороны здесь используются природные кристаллобразующие силы, а с другой — не просто используются, но и направляются силами жизни. Под микроскопом ученые с изумлением выследили это чудо.

Вот клетка-скелетообразовательница «задумала» делиться. Ядро разделилось, их уже два, а клетка еще не делится, медлит. И вот уже видно: между ядрами протягивается полупрозрачная ниточка. Ниточка обрастает кальцитовыми молекулами. Кальцитовая иголочка растет, и клетка все-таки делится. И тут начинается самое удивительное: две клетки начинают работать вдвоем, будто между ними связь какая-то есть, доброе согласие. Клетки рассаживаются по концам иглы-спикулы.

Одна — на том ее конце, который растет внутрь губки, другая — на том, что снаружи. Эта вторая клетка начинает двигаться по спикуле внутрь губки, по неведомо какой программе откладывая на ней еще слой кальцита, формируя изящную иглу. Доходит до второй — и вот уже другая начинает двигаться в ту же сторону, образуя самый конец иглы. Обе клетки сходят с конца иглы, дело сделано.

Повторяю: каждая из этих клеток, образующих тело губки, очень напоминает и внешне, и строением, и по роду деятельности какое-то самостоятельное одноклеточное существо, амебу или инфузорию. Конечно, если просто представить себе, как однажды собрались амебы и инфузории и договорились: ты делаешь то, а я это, сотворим-ка цельный многоклеточный организм, — это будет похоже на неправдоподобную сказку. Все, конечно, «проще», то есть сложнее. Но разве не похожа на сказку эта сложная жизнь внутри губки, примитивной по сравнению с нами, высшими многоклеточными, вторичноротыми, позвоночными, млекопитающими, да еще приматами к тому же, что значит — первыми, главными. Ведь снаружи губка и на животное-то не походит, неподвижная, вроде растения, их так и звали долго: зоофиты — животнорастения.

А разве не похоже на сказку сложное поведение маленьких предклеток-органелл — ядер, митохондрий, рибосом внутри клеток? И даже поведение молекул? Помнишь, мы говорили об этом... Транспортная РНК подтаскивает нужную аминокислоту к рибосоме, а та собирает белковую молекулу, как станок с программным управлением...

Задолго до появления многоклеточных жизньдостигла потрясающей сложности. Ученые сейчас всерьез говорят о поведении клеток, органелл и биомолекул, но знают они о законах этого поведения гораздо меньше, чем о законах поведения, скажем, волков в стае.

Действия клеток в телах губок, медуз и других древних морских животных удивительны. Но не думай, что клетки внутри нас, «царей природы», какие-то совсем иные. Нет, и в них есть черты самостоятельности. Их можно размножать в чашечках с питательным раствором, и там они, вспоминая далекое прошлое, начинают походить на амеб — медленно ползать, выдвигать псевдоподии, обволакивать частицы пищи и самостоятельно переваривать их! И у нас под верхним слоем кожных специализированных клеток есть запас неспециализированных, готовых всегда прийти на помощь, если ссадина или рана. Это — регенерация. Не такая, как у губок (каждая клетка еще может заменить любую), и не такая, как у морских звезд (из каждого луча разорванной морской звезды вырастает новая звезда), и даже не такая, как у более близкого к нам тритона, способного отрастить новую лапу. Но и это неплохо.

Обрати внимание и запомни, это скоро понадобится: когда многоклеточному организму плохо, в нем иногда происходит как бы шаг назад.

Его шанс на выживание порой зависит от того, насколько он способен к регенерации, то есть велик ли у него запас неспециализированных клеток, клеток без определенного занятия, готовых выучиться любой нужной профессии. Легче выучить новичка, чем переучить старого мастера другой профессии.

Иногда говорят, что живая природа знает только прогресс, только движение вперед. Как видишь, это не совсем так. Порой отступления помогали сохранить жизнь — значит, они были нужны для того же прогресса.

Начиная с этой главы мы будем говорить уже о многоклеточных наших предках, о том, как они, превращаясь один в другого, «шли» к человеку. Ты увидишь, что и в этом развитии были моменты, напоминающие регенерацию. Иногда развивающемуся сообществу животных приходилось несладко на Земле, и тогда оно могло выжить, отступив назад, к менее специализированной и, значит, более древней форме. А отступив, подняться на следующую ступеньку эволюционного развития. Один мой знакомый палеонтолог говорил об этом так: шаг назад — два шага вперед.

Ну а когда появились многоклеточные наши предки? И давно и недавно. По последним сведениям, это произошло в конце раннерифейской эпохи, примерно 1,4 миллиарда лет назад. Низшим грибам — 2,2 миллиарда лет. Уже знакомым тебе строматолитовым рифам, самым первым — 2,4 миллиарда лет. Это значит, что цианобактерии, сине-зеленые водоросли, которые, наверное, не сразу научились строить рифы, еще старше. Самым древним остаткам одноклеточных, первым простым безъядерным клеткам типа бактерий или водорослей в некоторых случаях — 3,4 миллиарда лет.

Интересно, что первые сложные клетки, ядерные одноклеточные организмы типа дрожжей и амеб появляются в слоях земных незадолго перед появлением многоклеточных. Может быть, со временем ученые обнаружат, что в начале рифея — последней эпохи эры тайной жизни — создались какие-то особые условия для усложнения и прогресса живых существ. И что оба важнейших скачка в эволюции наших предков — слияние доядерных клеток в сложные клетки и объединение новообразованных сложных клеток в большие организмы — шли подряд. Во всяком случае, путь от начала до первой настоящей клетки был неизмеримо дольше и трудней, чем переход к многоклеточным, «большим» животным и растениям.

А НУЖНА ЛИ ПАЛЕОНТОЛОГИЯ?

Здесь читатель вправе задать автору несколько вопросов: вот вы хотели рассказать о самых древних наших предках. А о ком рассказываете — о губках. Ничего себе древность. В аптеке продается пресноводная губка-бодяга, ее полно в наших речках и прудах. От ревматизма, говорят, помогает. В морях и океанах губки устилают дно. И каких только губок нет! Значит, губки — современные животные, какие же они предки? Но если предки живут рядом с нами и их так удобно изучать, тогда зачем рыться в земле, отыскивать ископаемых животных, которые и сохранились плохо, и не известно, чем питались, как себя вели.

И еще: в каждом учебнике зоологии про это есть. Каждый организм, даже человек, когда развивается как зародыш, как будто проходит тем же путем, которым шли его предки, превращаясь друг в друга. Картинка есть: у человеческого зародыша — жаберные щели. Значит, мы были рыбами. Хвост — значит, мы были хвостатые. И тогда опять-таки зачем гадать, кто из этих ископаемых мог быть нашим предком, просто надо взять хороший микроскоп и очень внимательно проследить, как развивается зародыш, на кого он похож в первый день, во второй — до конца. И вся родословная готова.

ТРИ ДОРОГИ В ПРОШЛОЕ

Вопросы важные. Стоит их обсудить.

Да, губки наши современницы, но у ученых есть веские основания подозревать, что древние первые многоклеточные были на них похожи, а поскольку эти древние многоклеточные в геологических слоях не сохранились, значит, можно смотреть на губок как на модель, иллюстрацию, набросок портрета нашего предка. Мы не раз еще будем говорить о таких живых моделях далекого прошлого. Но говорить о них мы можем именно потому, что нам это «разрешила» палеонтология. Из палеонтологии мы знаем, что губки, с тех пор как у них появился скелет (и, значит, они появились на страницах геологической летописи), почти не менялись.

Родственными отношениями в мире живого занимается самая древняя из биологических наук — систематика. Все живые существа на Земле — родственники (только степень родства — ее и определяет систематика — разная). Можно изучать предков, раскапывая их захоронения, а можно восстанавливать родственные связи, сравнивая нынешних, живущих потомков, каждый из которых несет в себе те или иные черты предков. Эти две дороги в прошлое — палеонтологическая и сравнительно-анатомическая — идут рядом, часто пересекаются, но это разные дороги, они не сливаются в одну, как не сливаются идущие рядом шоссе и река — голубой путь для теплоходов и барж.

Ну а что касается третьего пути в прошлое... Да, зародыш часто как бы повторяет эволюционное развитие предков, но не всегда, не точно. И вообще здесь все очень непросто. Но мы с тобой договорились не обходить трудные вопросы. Попробуем не разобраться — разобраться полностью в этих делах науке еще не удалось и удастся не скоро, — попробуем понять главные черты этого еще одного великого чуда жизни.

Рис. Зародыши

ГЛАВА ТРЕТЬЯ