Из сказанного выше следуют и более глубокие выводы. Без запрограммированной клеточной смерти сложные многоклеточные организмы никогда бы не смогли достичь необходимого для контролируемой эволюции уровня внутренней направленности и организованности, а привычный мир был бы совершенно неузнаваем. Я понимаю, что это звучит странно, но при чтении раздела «Эволюция эукариотических клеток» все станет на свои места.
К этому следует присовокупить тот факт, что комплексные (многоклеточные) организмы состоят из клеток, имеющих ядро (эукариот) и превосходящих по размеру и сложности одноклеточные бактерии (которые не имеют ядра). Вскоре вы поймете, что без митохондрий эукариотические клетки просто не могут удовлетворить свои потребности в энергии.
Хотя я не хочу вдаваться в вопрос эволюционной теории пола, то есть говорить о том, как появились мужчины и женщины, митохондрии могут ответить и на этот вопрос. Секс между мужчиной и женщиной, несмотря на доставляемое им удовольствие, — неэффективный способ репродукции. В мире людей для рождения одного ребенка требуется два родителя (хотя здесь, конечно, возможны варианты). Для вегетативного же размножения достаточно единственной «материнской» особи — отец тут не только бесполезен, но и вреден, так как требует дополнительных ресурсов (по странному совпадению, я пишу эти строки в День отца). Более того, наличие двух полов означает, что каждый из нас может зачать детей, занимаясь сексом с представителями лишь половины человеческой популяции. Столь явная расточительность приводит к бессмысленной трате энергии с математической точки зрения. Логичнее было бы, если бы каждый мог зачать детей от каждого вследствие существования единого пола или бесчисленного числа полов.
Однако наличию двух полов в человеческом мире есть разумное объяснение, и его дают митохондрии: тогда как женщины специализируются на передаче своих митохондрий потомству (через яйцеклетки), функция мужчин заключается в блокировании их передачи (митохондрии сперматозоида при оплодотворении не проникают внутрь клетки или разрушаются в ней). Мы подробно рассмотрим эту тему в главе 2 (раздел «Митохондрии и бесплодие»).
Экскурс в науку о живой клетке
Я должен предупредить вас: сейчас мы затронем вопросы, которые несколько сложны для понимания, особенно если у вас нет научной подготовки. Чтобы максимально убедительно показать значимость митохондрий и важность исследования, описанного в книге, нам нужно рассмотреть некоторые научные детали. Прояснив по крайней мере базовые понятия из курса клеточной биологии, мы будем разговаривать на одном языке. Поэтому, я думаю, быстрый научный обзор, сделанный «пунктиром», стоит того, чтобы посвятить ему несколько лишних страниц. Если он утомит вас частными подробностями, отвлекитесь от них и сконцентрируйтесь на главном. Определенный же уровень детализации предназначен для читателей с научной подготовкой, которым будет полезно оценить сложность рассматриваемых феноменов. Итак, начнем.
Клетка — это простейшая индивидуальная форма жизни, и, соответственно, она представляет собой базовую единицу биологии. Самыми простыми клетками являются одноклеточные организмы, в число которых входят бактерии. Они чрезвычайно малы, редко превышают несколько тысячных миллиметра в диаметре. Чаще всего бактерии похожи на сферы или палочки, однако есть и исключения. От внешней среды они защищены крепкой, но водопроницаемой оболочкой. Внутри этой оболочки находится клеточная мембрана — необычно тонкая и нежная, но обладающая существенной водонепроницаемостью. Бактерии используют мембрану для генерации энергии. Именно бактериальная мембрана со временем стала внутренней мембраной митохондрий, вероятно, самой важной мембраной человеческого тела.
Внутри бактериальной клетки находится цитоплазма — желеобразная масса, в которой «гудит рой» бесчисленных биомолекул. Самые крупные из них очень сложно рассмотреть даже с помощью мощного микроскопа, увеличивающего изображение в миллион раз. Среди такого рода молекул — легендарные молекулы ДНК, состоящие из двух полинуклеотидных цепей и открытые Уотсоном и Криком более чем полвека назад. Эти две длинные цепи закручены одна вокруг другой в виде двойной спирали. Если же идти еще дальше, то рассмотреть что-либо практически не представляется возможным. Однако биохимический анализ показывает: бактерии — простейшая из форм жизни — столь сложны, что мы до сих пор многого не знаем об организации их невидимых глубин.
Люди состоят из других типов клеток
[1]. Хотя они и считаются базовой единицей жизни, размер человеческих клеток в сотни тысяч раз превышает размер бактерий, и это позволяет нам увидеть там много интересного. В частности, внутри клеток человеческого организма находятся очень важные структуры, называемые мембранными органеллами и включающие в себя самые разные белки. Органеллы для клетки — то же самое, что органы для человеческого тела. Подобно сердцу, печени, почкам и т. д., они выполняют четко определенные функции. Кроме того, в цитоплазме присутствуют все виды крупных и мелких везикул, а также густая трехмерная сетевая система микротрубочек, которые называются цитоскелетом, или клеточным каркасом. Функция цитоскелета — поддержание и адаптация формы клетки ко внешним воздействиям. Наконец, в каждой клетке человеческого организма есть ядро, которое, как считают ученые, является ее управляющим центром. Такие клетки называются эукариотическими. Все растения, животные, водоросли — по сути, все живое, доступное человеческому глазу, состоит из эукариотических клеток, а в каждой из них есть свое собственное ядро.
Внутри же ядра клетки находится ДНК. Хотя ДНК эукариотической клетки имеет точно такую же двойную спиралевидную структуру, что и ДНК бактерий, есть кардинальные различия в их организации. Бактерии характеризуются кольцевой ДНК, состоящей из длинных перекрученных петель. Кольцевая ДНК похожа на деформированный и спутанный клубок ниток, у которых нет начала и конца. В каждой бактерии присутствует множество копий ДНК, но все это — копии одних и тех же генов. В эукариотических же клетках обычно есть некоторое количество хромосом — линейных, а не циркулярных. Это не значит, что нити ДНК в ядре эукариотических клеток являются прямыми. Просто они обладают различимыми концами. В отличие от кольцевой ДНК, каждая хромосома содержит в себе разные гены. Человеческий геном состоит из 23 пар хромосом, всего в клетке человеческого организма — 46 хромосом. В ходе деления клетки хромосомы удваиваются, будучи соединенными в центре и образуя знаменитую Х-образную форму, известную нам из школьных уроков биологии.
Хромосомы состоят не только из ДНК. Они покрыты особыми белками, среди которых находятся гистоны (упаковка ДНК), защищающие ее от вредоносных воздействий извне и при этом выполняющие функции генетических стражей. Гистоны — отличительный признак именно эукариотических хромосом, тогда как ДНК бактериальных хромосом лишена гистонного щита и, можно сказать, обнажена перед внешними воздействиями.
