Почему у нас нет хвоста?

Всему своё время,… время рождаться, и время умирать;
… время разрушать, и время строить.
Ветхий Завет. Книга Екклесиаста, или Проповедника, Гл. 3.

 

Наблюдая природу, зачастую мы открываем её неожиданные, на первый взгляд странные и непонятные стороны. Поначалу они воспринимаются учёными как "ошибки природы".

Лишь с течением времени раскрывается, что эти "странности" — часть того гармоничного строения мира, который нам ещё предстоит понять.

 

Почему у нас нет хвоста, или смерть как строитель

Я — часть той силы, что вечно хочет зла и вечно совершает благо
Гёте, «Фауст»

 

По старинной японской традиции самурай, помимо своего верного меча, всегда имел при себе особый кинжал, которым, в случае необходимости, совершал традиционный акт самоубийства — харакири. Оказалось, что у каждой клетки есть нечто похожее — особый биологический механизм, обеспечивающий ей возможность самоустранения.

Кажется, что в этом хорошего? Мы хотим жить, а смерть нам вовсе не нужна. Но на самом деле, в природе нет ничего лишнего. Жизнь и смерть переплетены столь тесно, что попытки избавиться от "вредного" начала неминуемо приводят к всеобщему разрушению. Не будь механизма самоустранения, жизнь на нашей планете, по всей видимости, просто бы не состоялась.

Преподнося свои сюрпризы, природа ничуть не считается с нашим самолюбием. Задавались ли вы, к примеру, вопросом, почему у нашего ближайшего родственника, обезьяны, с которой мы разделяем 99 % общих генов, хвост есть, а у нас — нет? Нет, ну и хорошо — потому что ответ придётся по вкусу не всем.

Ведь на самом деле у каждого из нас хвост был — и, кстати, наши пальцы на руках и ногах были "склеены" вместе. Что же с ними случилось?

Чтобы ответить на это, нам надо вернуться во времени почти на двадцать веков назад. Тогда древнеримский врач Гален заметил, что если ветку, с которой начала опадать листва, надломить, то листья, хотя и теряют свой цвет, остаются на ветке. Так в науку вошёл термин "апоптоз", то есть опадание листьев, которым сегодня обозначают самоустранение клеток.

Головастик, чтобы превратиться в лягушку, должен потерять свой хвост. Следя за развитием организма, биологи обнаружили, что для этого часть клеток должна умереть. В дальнейшем исследования показали универсальность этого явления. Оказалось, что в процессе развития нематоды — прозрачного червячка длиной всего около 1 мм — образуются 1090 клеток, из них 131 клетка гибнет в результате апоптоза. Их "плановая" смерть оказалась неотъемлемой частью развития организма, и без неё он не обретёт свои окончательные форму и размеры.

Постепенно стало ясно, что без активного участия апоптоза невозможно нормальное развитие живого — как растений, так и животных. У человеческого зародыша появляется хвост, который затем исчезает, и плоть, соединяющая воедино пальцы рук и ног. При этом каждая клетка уходит из жизни крайне аккуратно: она словно разбирает себя на части, которые соседние клетки используют в качестве строительного материала.

Ежедневно у каждого взрослого человека рождаются сотни миллионов клеток, и столько же умирает. В здоровом организме отмирает всё то, что отслужило свой срок. Ответственен за это апоптоз — тонко сбалансированный процесс самоустранения ненужных клеток. За год их набирается столько, что они приближаются к весу тела. Апоптоз наиболее активен среди короткоживущих клеток, как те, что выстилают кишечник, или клеток крови. Большая часть пыли, которая накапливается в закрытых помещениях, состоит из отмерших клеток кожи, обновляющихся фантастическими темпами — по сто тысяч в минуту. Апоптоз не брезгует и "косметикой", уменьшая, например, объём грудной железы после окончания лактации.

В нашем организме есть два вида клеток — половые (яйцеклетка или сперматозоид) и стволовые, готовые преобразоваться в любой из видов. Собственно, оба вида — всего лишь заготовки, ожидающие своего часа, и потому срок их жизни не ограничен заранее. У остальных клеток в генах изначально записан их максимальный "век".

Однако, одноклеточные существа — бактерии — от старости не умирают. Но и они готовы оборвать свою вечную жизнь ради всеобщего блага — когда заражаются вирусами, или если в их ДНК образовались разрывы. Устраняясь, они спасают от смерти всю бактериальную популяцию.

Зато другие "кандидаты на бессмертие" — раковые клетки — не кончают с собой никогда. Они успешно конкурируют со здоровыми клетками, отнимая их питание, и растут и размножаются, где и как "захотят", без какой-либо заботы о последствиях для всего организма. Не правда ли, звучит знакомо? Такая "свободная инициатива" зачастую приводят к гибели самих эгоистов, вместе с разрушаемым оккупированным организмом.

В здоровом организме поддерживается тонкий баланс между исчезновением старых и постоянным ростом новых клеток. При СПИДе поражении нервов, инфаркте и инсульте происходит их избыточная гибель. При раке и аутоиммунных заболеваниях наблюдается обратное: клетки, которые должны были умереть, выживают.

Когда умирает самурай

Долг чести обязывает самурая жить, когда нужно, и умереть, когда должно. Само слово "самурай" происходит от понятия "служить вышестоящему лицу". Кодекс его поведения — "Бусидо" — проникнут духом беспрекословного подчинения господину и презрения к смерти.

"Кодекс поведения" природы необычайно похож на заветы самураев. Во всех живых системах, начиная с внутриклеточной органеллы до организма и целой популяции, существует механизм самоликвидации. Он срабатывает, когда какая-либо из частей становится опасной или ненужной биологической системе, стоящей выше по иерархической лестнице. "Энергетическая фабрика" — митохондрия более не нужна своей клетке, а животное — сообществу сородичей. По выражению Н. Н. Моисеева, система "отбраковывает" те элементы, которые препятствуют её дальнейшему развитию.

Но и это ещё далеко не всё. "Простейшие организмы" — бактерии — показывают нам примеры необыкновенного самопожертвования ради всеобщего выживания. Влияние стресса (к примеру, исчерпание источника питания) приводит к остановке роста бактериального "сообщества" — популяции, и даже к "добровольной гибели" части бактерий. К примеру, голодающая популяция E. coli разделяется на две. Одна кончает с собой, и, погибая, буквально кормит собой другую, которая продолжает расти.

И, напоследок, вернёмся к той ветке, с которой опадают листья. Если её надломить, то листья перестанут опадать. Казалось бы, их жизнь продлена. Но ведь листья опадают не от болезни, а лишь затем, чтобы их ветки не сломались под тяжестью снега. Повредив ветку, мы тем самым лишаем её связи с остальным организмом — деревом, и не даём листьям осуществить программу природы. Им всё равно суждено засохнуть, а самой ветке и всему дереву зимой придётся туго.

Природа с готовностью раскрывает перед нами свои секреты. Сможем ли мы существовать вне её правил и законов? На что стала похожа наша цивилизация? На здоровое сообщество клеток-"самураев" или… уж не смахиваем ли мы на раковую опухоль?

Сергей Белицкий,
доктор наук о Земле