34. Клетки, которые не разошлись

В лаборатории Университета Миннесоты в десяти пробирках растут пекарские дрожжи, те самые, на которых поднимается тесто. Раз в сутки аспирант Уильям Рэтклифф даёт им осесть, набирает каплю со дна и переносит в свежий бульон. Первую неделю пробирки перед этим просто стоят по три четверти часа, потом, чтобы не ждать, их на несколько секунд ставят в центрифугу. Правило отбора поймёт ребёнок: дальше идёт тот, кто быстрее тонет. Одиночная клетка оседает медленно, комок быстро. Через несколько недель появляются первые «снежинки», ветвистые грозди клеток, а к концу второго месяца они берут верх во всех десяти пробирках.

Десять пробирок жили порознь и пришли к одному и тому же, как десять изобретателей в разных комнатах, собравших одно колесо. За два месяца у дрожжей сменилось всего несколько сотен поколений. Под микроскопом было видно, как растёт снежинка. Никто ни к кому не прилипал: каждая гроздь вырастала из одной клетки, дочери просто не отделялись от матерей.

Причину нашли позже: для снежинки хватает одной поломки в одном гене. Этот ген работает как переключатель, который в дочерней клетке даёт команду разрезать перемычку между ней и матерью. Дрожжи размножаются почкованием, дочь вырастает из матери и сначала сидит на ней, так что сломан оказался не клей, а ножницы. Поэтому снежинка не сборище незнакомцев, взявшихся за руки, а семья однояйцевых близнецов, которые так и не ушли из роддома. Все её клетки — клон, потомки одной клетки с одинаковыми генами.

Жить вместе микробы умели и раньше. В микробном сообществе соседи кормят друг друга, но несут разные гены, и рано или поздно встаёт вопрос, чьи пойдут дальше. Рождение из одной клетки снимает этот спор: у клонов общие гены, и делить наследство им нечего. От сложной клетки многоклеточные взяли другое, память о включённых генах. Благодаря ей клетки с одним и тем же набором генов могут надолго стать разными и поделить работу.

У грозди появилось то, чего нет ни у одной её клетки: своя биография. Снежинка растёт до предельного размера, потом от неё отламывается ветка и начинает новую снежинку. Юность, рост, распад на потомков — это жизненный цикл, и принадлежит он грозди, а не клетке. Отбор теперь тоже смотрит на гроздь: быстро или медленно тонет она, а не каждая клетка по отдельности. Пока тонуть полезно, снежинка обгоняет одиночек. В спокойной воде за комок приходится доплачивать, и вперёд снова выходят одиночки.

К концу второго месяца в тех снежинках, что тонули быстрее всех, чаще попадались мёртвые клетки. Рэтклифф с коллегами решили, что клетки убивают себя сами, по внутренней программе, и увидели в этом смысл: мёртвая клетка становится слабым звеном, как надрез на плитке шоколада, и гроздь ломается там, где задумано. Отламываются мелкие ветки, мелкие растут быстрее, и потомков становится больше. Приспособление ли это, не решено. Позже показали, что грозди рвутся и без мёртвых клеток: тесно упакованные клетки давят друг на друга, и напряжение само разламывает гроздь, а в глубине тесного комка клетки могут гибнуть просто от голода.

Отбирать на размер умеет не только центрифуга, но и живой враг. К одноклеточной водоросли хлорелле подсадили хищника, который глотает клетки целиком, и меньше чем за сто поколений водоросль перешла сначала на комки из десятков и сотен клеток, а потом на колонии ровно из восьми. Такую колонию хищнику уже не проглотить, и форму водоросль сохраняла и без него. Позже то же повторили с другой водорослью и туфелькой в роли хищника, и вышло не везде, в двух пробирках из пяти.

В природе этот шаг делали не меньше двадцати пяти раз независимо, и это нижняя оценка: всё зависит от того, что считать многоклеточностью. До тел с тканями и многими типами клеток дошло примерно в шести ветвях: у животных, наземных растений, красных и бурых водорослей и дважды у грибов. Все шесть выросли из клеток с ядром, у бактерий такого не случилось ни разу. Самые древние известные нити из клеток с ядром, выстроенных в один ряд, старше первых животных на миллиард лет, и этот срок длиннее всего пути от первых животных до нас.

Все сложные ветви шли тем же путём, что и снежинка: клетки оставались вместе после деления. Второй путь — сползтись из одиночек. Так делает клеточный слизевик из лесной почвы: голодные амёбы собираются вместе и строят ножку с шариком спор на верхушке, а клетки ножки погибают, чтобы остальные стали спорами. В такой сборной могут оказаться чужие друг другу клетки, и появляются обманщики, которые норовят попасть в споры, а не в ножку. Сползание дало только простые формы.

В 1700 году тот же Левенгук, что разглядывал налёт со своих зубов, описал в капле воды катящиеся зелёные шарики, а внутри них шарики поменьше. Это был вольвокс, полый шар размером с крупинку соли, зелёная водоросль, которая прошла путь к многоклеточности сама, отдельно от животных. На его поверхности сидят крошечные клетки со жгутиками, которые гребут и никогда не делятся, а внутри горстка крупных, из которых вырастут новые шары. На каждого наследника приходится больше сотни гребцов. Когда дочерние шары выходят наружу, оболочка рвётся и гребцы умирают.

Немецкий зоолог Август Вейсман в конце XIX века назвал эту границу прямо: есть смертное тело и есть половые клетки, и детям достаётся только то, что идёт через них. Всё, что тело приобрело за жизнь, умирает вместе с ним. Одноклеточные, писал Вейсман, в этом смысле бессмертны: смерть пришла в мир вместе с телом. Клетки твоей кожи и печени — ветви, которые никогда не дадут семян.

Тело из клонов держится на договоре, и у договора есть свой способ сломаться. В раковой клетке мутации отключили тормоза: она перестаёт слушаться соседей, делится сама за себя, забирает себе еду и не умирает, когда ей велят. Похожее на рак нашли почти во всех ветвях сложной многоклеточности, у растений и грибов тоже. Чем больше клеток и чем дольше они живут вместе, тем строже приходится охранять договор от собственных обманщиков.

Опыт Рэтклиффа продолжили в его собственной лаборатории, уже в Атланте, и задумали на десятилетия. За несколько тысяч поколений снежинки, которые обходились без кислорода, из невидимых стали размером с плодовую мушку, больше полумиллиона клеток в одной грозди. Клетки в них вытянулись, ветви переплелись, как нити в войлоке, и гроздь стала во много раз прочнее. Но все клетки этой крупинки делают почти одно и то же, и ни одна её часть не качает и не фильтрует. Организмом снежинку можно назвать только с натяжкой.