Этого не может быть: организмы из опухолей, жизнь на Марсе и другие самые удивительные гипотезы из области биологии

В самом деле, получить смесь простых органических веществ реально и без участия живых существ – это было показано еще в конце прошлого века. Однако до сих пор неясно, как из них образовались сложные молекулы РНК, способные передавать наследственную информацию и катализировать химические реакции, меняться и эволюционировать, – то есть предшественники полноценной жизни. Начать хотя бы с того, что в водном растворе свободная РНК легко распадается, а Земля, остывшая после удара и формирования Луны, была покрыта океаном целиком.

Зато на Марсе уже тогда чередовались периоды влажности и пересыхания, при которых могли появляться места, где РНК сохранялась стабильной. К тому же при испарении влаги в водоемах могли концентрироваться фосфор, необходимый для появления новых молекул РНК, бор и марганец, полезные для их стабилизации в воде, сера и другие микроэлементы. В земной коре они представлены реже или находятся в труднодоступной форме, как, например, инертные апатиты, в которых накоплена большая часть фосфора земной коры.

К тому моменту, когда Марс растерял атмосферу и влагу и сделался неблагоприятным для жизни, ее «зародыши» вполне могли переселиться на Землю. Вообще, обмен материалом между соседними планетами происходит достаточно интенсивно: на сегодняшний день ученые обнаружили более 300 метеоритов марсианского происхождения. Считается, что каждый год на нашу планету падает не менее 500 относительно крупных обломков, выбитых с поверхности Марса. Когда-то на таком куске камня могла мигрировать и протожизнь, сменив родную, но умирающую планету на соседнюю.

Рак – болезнь страшная, но для окружающих не опасная. Известно всего несколько случаев, когда он стал заразным. Так, трансмиссивная лицевая опухоль выкашивает целые популяции сумчатых тасманийских дьяволов. Болезнь распространяется с начала 1990-х годов, ведя начало от единственной особи, в нервной ткани которой она зародилась. Клетки этой опухоли утратили большую часть генома, включая многие специфические маркеры, и получили возможность передаваться от дьявола к дьяволу при контакте, словно вполне самостоятельный организм-паразит.

Идея о том, что клетки сложных животных, пережившие злокачественное преобразование, можно рассматривать как отдельные организмы и даже зачатки новых видов, появилась как минимум в середине ХХ века. Гипотеза эта до сих пор считается маргинальной и плохо совместимой с современными взглядами на видообразование, и все же ученые то и дело возвращаются к ней.

Не так давно Алексей Панчин вместе с коллегами из московского Института проблем передачи информации рассмотрел целую группу довольно необычных морских существ. Речь идет о паразитических миксоспоридиях – примитивных стрекающих, родственниках медуз и коралловых полипов, состоящих максимум из нескольких десятков клеток. Их геном отличается крайней простотой, необычной даже для паразитов. Более того, в нем отсутствуют целые блоки, ответственные за взаимодействие клеток в рамках единого организма. По мысли Панчина и его соавторов, миксоспоридии могли появиться из трансмиссивного рака древних стрекающих. Передаваясь от одной особи к другой, опухоль сумела выжить даже после смерти первого носителя. Впоследствии один из ее клонов мог мутировать, получив способность распространяться между представителями разных видов. И наконец, опухоль снова получила многоклеточность, пусть и ограниченную. Первый шаг в этой цепочке выглядит наиболее реалистичным.

Подобные примеры известны не только из жизни тасманийских дьяволов – например, трансмиссивная венерическая опухоль собак передается между псовыми уже на протяжении нескольких тысяч лет. Крайне редко, но случается и межвидовое заражение: известен случай передачи рака от паразитического червя больному ВИЧ. Сложнее представить, как раковая клетка вернулась к почти нормальному состоянию. Как бы ни были просты миксоспоридии, все-таки они содержат клетки разных типов и специализаций, что для опухоли кажется недостижимой сложностью.

В отличие от бактерий вирусы – паразиты, работающие напрямую с геномом. Некоторые из них могут даже встраивать собственную ДНК в хромосомы хозяина. Такие фрагменты способны подолгу скрываться в клетках, передаваясь из поколения в поколение. Внутри организма они зачастую переживают новые мутации, постепенно теряя активность; около 40% (а по некоторым оценкам, до 80%) человеческого генома – такие останки древних вирусов, скопившиеся за миллионы лет эволюции нашего вида.

Со временем эти фрагменты вирусной ДНК могут приобретать новые полезные функции. Считается, что они играют не последнюю роль в эмбриональном развитии и функционировании иммунной системы. Возможно, бывшие вирусы обеспечивают и работу сложной нервной системы животных. Самый известный пример такого применения – ген ARC, участвующий в механизмах синаптической пластичности. Через синапсы – специальные контакты – происходит обмен сигналами между нейронами, которые передают друг другу небольшие молекулы-нейромедиаторы. Ген ARC активируется при срабатывании в синапсах глутаматных рецепторов. Белки, произведенные из этого гена, тут же образуют «пузырьки», собирая в себя малые молекулы РНК и превращаясь в некое подобие вирусов. Они действительно передаются соседним клеткам, «заражают» их и снова высвобождают накопленные РНК.

Не так давно было показано, что ген ARC происходит от ретротранспозона Ty3/gypsy – древнего генетического элемента, родственного ретровирусам. Более того, похоже, вирус – предок ARC встраивался в геном животных не единожды. Этот ген у тетрапод – четвероногих позвоночных – отличается от его аналога, который несут в своих хромосомах насекомые. Возможно, они получили свой ARC независимо от наших прародителей. Впрочем, похоже, что механизм его действия в целом одинаков и у нас, и у дрозофил: «ARC-вирусы» собирают РНК и «заражают» ими соседние нейроны. Что именно делают молекулы РНК, доставленные в клетку, неясно. Однако опыты с клеточными культурами показали, что без них синапсы быстро теряют стабильность, и связь между соседними нейронами пропадает. В итоге становится невозможным ни обучение, ни запоминание, ни исполнение сложных когнитивных функций, включая те, которые мы называем сознанием.

Среди главных задач иммунитета можно назвать не только борьбу с чужеродными агентами, но и уничтожение собственных клеток, отработавших свое или переживших злокачественное перерождение. Отделение нормальных клеток от поврежденных происходит с помощью белков главного комплекса гистосовместимости (ГКГС), которые распознаются лимфоцитами. Это очень древний механизм, возникший еще у первых челюстных рыб, однако он сохраняет огромное влияние и на современных людей.

В 1990-х годах был проведен «эксперимент с потными футболками»: отважным женщинам-добровольцам предлагали понюхать и оценить вещи после пары дней их носки мужчинами. В результате слепых тестов выяснилось, что дамы неизменно предпочитали запахи мужчин, белки ГКГС которых максимально не совпадали с их собственными.

Эти опыты не раз критиковались специалистами, однако есть и другие доказательства того, что более привлекательными нам кажутся партнеры, союз с которыми сулит преимущества потомству. Сходство белков ГКГС может свидетельствовать о генетической близости мужчины и женщины и часто приводит к сложностям при зачатии. Швейцарский стартап GenePartner, несмотря на недоказанность гипотезы, обещает даже подобрать пару, опираясь на анализ ДНК. Зато влияние влюбленности на иммунитет продемонстрировано уже вполне явно.