Архивы: по дате | по разделам | по авторам

Дмитрий Шабанов: О бессмертии популяций

АрхивКолонка Шабанова
автор : Дмитрий Шабанов   26.05.2011

Увидьте историю земной жизни как ветвящееся дерево потенциально бессмертных популяций. Это они, популяции, населяют Землю, а не мы, организмы!

"- Вольвокс <…> интересует нас потому, что это он изобрел смерть. <…> Амебы никогда не умирают. И мужские половые клетки, достигающие цели, кладут начало новой жизни, в которой отец продолжает существовать. Но вольвокс, этот подвижный, перекатывающийся шар водорослей, состоящий из вегетативных и репродуктивных клеток, нечто среднее между растением и животным - под микроскопом он кружится, как танцоры на рождественском балу, - впервые осуществив идею сотрудничества, ввел жизнь в царство неизбежной - в отличие от случайной - смерти. Потому что - потерпите, дети, страдать осталось всего семь минут - хотя потенциально каждая клетка в отдельности бессмертна, но, добровольно приняв на себя дифференцированную функцию внутри организованного содружества клеток <…> она изнашивается и гибнет. Она жертвует собой ради блага всего организма."

- Джон Апдайк ("Кентавр")

С легкой руки Апдайка в мемосфере распространилась байка о вольвоксе, который изобрел смерть, и о бессмертных одноклеточных организмах. Так ли это?

Живет себе амеба и, если ей повезет избежать гибели, она со временем разделится. "Половинки" (дочерние клетки) начнут жить самостоятельно, и если им повезет избежать смерти, со временем поделятся сами. Отвечает ли эта картина нашим представлениям о бессмертии? Не очень. Во-первых, смерть подстерегает эти организмы на каждом шагу. Во-вторых, после деления клетки жизнь продолжает не она, а ее потомки. Деление амебы - смерть старой клетки и рождение двух новых!

У многоклеточных ситуация сложнее. В типичном случае (как у человека) оплодотворенная яйцеклетка многократно делится, формируя более-менее многочисленный клон своих потомков. Почти все клетки в телах большинства из нас - клоны (генетические копии) той первой нашей клетки, которая получилась от слияния материнской яйцеклетки и отцовского сперматозоида. Совокупность таких клональных потомков оплодотворенной яйцеклетки и составляет большую часть нашего тела - сому.

Но уже в ранних зародышах специализируются клетки-родоначальницы половых клеток. У человека их можно опознать даже на шестнадцатиклеточной стадии. Иногда они ведут себя довольно странно. Например, у нашего вида, как и у других млекопитающих, они во время формирования большинства органов находятся вне тела зародыша - в оболочках желточного мешка. Половые железы формируются из соматических клеток. "Переждав" ключевые перестройки, первичные половые клетки приползают (благодаря амебоидному движению) в уже готовые половые железы и заселяют их. Именно потомки этих клеток дадут начало яйцеклеткам, сперматозоидам и, в конечном итоге, следующим поколениям организмов.


Важно не то, что вольвокс состоит из многих клеток, а то, что следующие колонии способны порождать лишь некоторые из них (Иллюстрация: exploratorium.edu)

Да, начало разделению сомы и зародышевой линии положили первые, еще примитивные многоклеточные. В школе их примером служит зеленая водоросль вольвокс. Не забудьте, что вольвокс - современный вид, а те существа, которые впервые пошли по этому пути около миллиарда лет назад, были, вероятно, несколько иными.

Итак, и вольвокс, и человек состоят из двух типов клеток. Соматические клетки со временем умрут, и линия их потомков неизбежно прервется. Клетки зародышевого пути тоже умрут, но, с небольшой вероятностью, последовательность их потомков протянется в неограниченное будущее.

Так что, бессмертия не существует, ведь клетки зародышевого пути можно считать бессмертными лишь условно, как и амеб? Существует, просто искать его нужно не на уровне клеток и организмов!

Многие курсы биологии строятся в соответствии с концепцией структурных уровней биосистем. Помните? Молекулы - клетки - ткани - органы - организмы - популяции - экосистемы - биосфера…

Как ни странно, до сих пор спорят, какой набор уровней организации правильнее выделять. Ответ прост. Выделять отдельный уровень организации следует в том случае, если на нем при объединении подсистем в целое возникает новое качество.

Можно приведу пример, который когда-то разработал для школьного учебника? Каждая система имеет две группы свойств. Аддитивные свойства системы (лат. additio - прибавление) являются суммой свойств ее частей. Качественно новые свойства системы называются эмергентными (лат. emergere - всплывать, появляться). Английское прилагательное "emergent" часто по-русски передают как "эмерджентный", что не соответствует сложившейся традиции передачи буквы "g" в терминах: мы ведь говорим и пишем "ген", а не "джен", несмотря на английское "gen"!


Вес является аддитивным свойством ручки: вес целого равен сумме веса частей


Пригодность для письма - эмергентное свойство ручки, оно отсутствует на уровне ее разрозненных компонентов

Так вот, для каждого из уровней биосистем можно указать его эмергентные свойства. Феномен жизни эмергентно возникает на уровне клетки. Ниже ее - более или менее сложные молекулярные автоматы, а клетка - хоть бактериальная, хоть человеческая - уже носитель жизни.

При изучении некоторых физиологических проблем полезно, кроме организменного уровня, выделять уровни функциональных систем, органный, тканевой и клеточный. При решении других вопросов достаточно обойтись уровнями организма и клетки.

Вы уже поняли, куда я клоню? Бессмертие (потенциальное бессмертие) - эмергентное свойство популяций.

Мы ассоциируем себя с биосистемами организменного уровня. Все организмы, и одноклеточные, и многоклеточные, смертны. И клетки зародышевого пути тоже смертны: в каждом делении прежняя клетка исчезает. А бессмертие возможно лишь на популяционном уровне (и более высоких; например, потенциально бессмертной является биосфера).

Рассматривая разные уровни биосистем, мы можем понять, какие свойства делают их единым целым. Например, биогеоценоз интегрируется круговоротом веществ. Органы выполняют определенные функции… А какие эмергентные свойства характерны для организма?

Ответить на этот вопрос сложнее, чем на другие: мы сами являемся организмами и нам сложно увидеть специфику собственного существования со стороны. Может, я плохо искал, но в литературе я этот ответ не нашел. Во всяком случае, он не является общепризнанным.

Так вот. Организм - это биосистема, которая выживает или гибнет, а также участвует в размножении или отстраняется от него как единое целое. Организм - единица естественного отбора!

Сказанное объясняет многие особенности организмов. Именно на этом уровне биосистемы бывают отделены друг от друга самыми отчетливыми границами. На их выживание и размножение "работают" все их компоненты, и именно поэтому мы отождествляем себя с этими системами. И именно смертность любых организмов является залогом биологической эволюции.

Апдайк восхищается "альтруизмом" соматических клеток, проводя аналогию между клетками в организме и организмами в популяции. Эта аналогия достаточно хромая. Гибель организма означает и гибель его клеток. Если, паче чаяния, клетки в организме начнут конкурировать друг с другом за выживание и размножение, целостность организма будет нарушена. Что такое рак? Клон клеток, размножающихся и расселяющихся без контроля организменных систем. Успешное развитие такой части означает гибель целого.

Популяция устроена принципиально иначе. Каждый из ее компонентов стремится выжить и размножиться, увеличить свой вклад в будущее целого. И именно благодаря этому популяция потенциально бессмертна и может приобретать новые свойства.

Существуют и общепопуляционные регуляторные механизмы, но они работают совсем иначе, чем организменные. Обычно они не исключают особей из размножения, а, наоборот, реализуются благодаря их конкуренции. Исключением, более похожим на организмы, являются семьи эусоциальных организмов - пчел, муравьев, термитов, голых землекопов. Однако эти семьи не бессмертны, а бессмертны лишь включающие их относительно "мягкие" популяции.

Увидьте историю земной жизни как ветвящееся дерево потенциально бессмертных популяций. "Стволы" этого дерева разделяются и отходят друг от друга. Они образованы множеством "веточек". Эти "веточки" способны разделяться и сливаться заново. Огромное их большинство гибнет, но на протяжении всей истории биосферы их количество неуклонно увеличивается. Катастрофы планетарного масштаба временами сокращают их число, но они быстро наверстывают утерянное. Мы, человечество, одна группа из таких тесно переплетенных "веточек", потенциально бессмертных, как и другие.

Это они, популяции, населяют Землю, а не мы, организмы!

© ООО "Компьютерра-Онлайн", 1997-2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на "Компьютерру" обязательна.