Бурые водоросли - важнейший компонент морских экосистем и попутно организм, способный пролить свет на тайну появления многоклеточных существ.

Биологи сделали важнейший шаг на пути к разгадке тайны возникновения жизни. Учеными прочитан геном одного из первых многоклеточных организмов – бурых водорослей.

Прочтение генома Ectocarpus siliculosus потребовало пяти лет труда сотни ученых из разных стран. Результат длительной кропотливой работы представлен на страницах журнала Nature.

Геном водорослей интересен для биологов не просто сам по себе. Его анализ поможет понять, что же именно должно было измениться в организме для того, чтобы он стал из простой колонии одноклеточных существ многоклеточным образованием.

Ряд уточнений

Для корректного представления результатов исследовательской группы из Бельгии, Великобритании, Германии, США и Франции необходимо сделать несколько замечаний:

- одноклеточные организмы и бактерии – далеко не одно и то же! Всякая бактерия одноклеточна, но не всякое одноклеточное – бактерия. У бактерий нет многих внутриклеточных структур, включая ядро клетки.

- долгое время на Земле существовали только одноклеточные. Если считать, что жизнь зародилась около трех миллиардов лет назад, то первые многоклеточные организмы возникли меньше миллиарда. Две трети всей истории биосферы – это эра одноклеточных.

- фотосинтез, о котором пойдет речь ниже, умеют проводить не только растения, но и бактерии. Но у бактерий внутри клеток нет специально предназначенных для этого образований, хлоропластов.

От колонии к организму

Даже бактерии могут расти вместе, образуя видимые невооруженным глазом колонии. Кое-где, например на берегах горячих источников, образуются даже сплошные бактериальные маты – толстые, до нескольких сантиметров, слои бактерий, которые покрывают землю и выглядят как слой плотного желе.

Но это еще не один организм, так как бактериальный мат можно разделить на отдельные бактерии без всякого для них ущерба. В то время как большинство многоклеточных существ такого обращения не выдержит – растения могут размножаться черенками, но из перемолотого в щепки дерева ничего вне специально организованных условий не вырастет. А про потерю конечностей у животных и говорить нечего: некоторые виды умеют их регенерировать, но у оторванного хвоста или обломанного когтя не вырастет новая особь.

Что заставило живые существа перейти к более сложному и уязвимому устройству? Почему, кроме одноклеточных организмов, которые могут жить практически где угодно (хоть в расплавленном асфальте), со временем возникли и довольно нежные и неприспособленные к экстремальным условиям виды многоклеточных? Почему в какой-то момент автономные клетки утратили способность к самостоятельному выживанию и приобрели узкую специализацию?

На первый взгляд все эти стоящие перед биологами вопросы едва ли не подталкивают к выводу о том, что эволюционная теория неверна: ведь не мог же "менее приспособленный" организм "придти на смену" более приспособленным бактериям и одноклеточным! Но обилие кавычек не случайно, так как на самом деле многоклеточность дала жизни ряд весьма существенных преимуществ, да и с появлением сложных организмов простые никуда не делись.

Многоклеточность дала возможность более эффективно использовать доступные ресурсы – одни клетки могут сосредоточиться только на добыче минеральных веществ, а другие только на фотосинтезе. Если проводить экономическую аналогию, то появление многоклеточных организмов равносильно разделению труда: кузнец и хлебороб в результате стали менее самостоятельны, но зато один пашет металлическим плугом вместо вскапывания земли мотыгой, а другой может есть хлеб вместо собранных кореньев и подстреленной дичи.

Промежуточное звено

Исследования бурых водорослей Ectocarpus siliculosus показало, что этот вид возник за счет слияния двух других водорослей – зеленых (группа Chlorophyta) и красных, относящихся к группе Rhodophyta. Последние стоит выделить особо, так как их ДНК уже прочитана и потому биологи смогли сопоставить генетическую информацию красных и бурых водорослей.

Это сопоставление позволило выяснить, что бурые водоросли унаследовали ряд генов, связанных с передачей сигналов между клетками. Причем не просто унаследовали, а передали дальше, так как те же самые гены ранее были найдены и у высших наземных растений. Зная то, когда появились различные гены, биологи смогут выяснить, что стало необходимым для появления многоклеточности. Прочтение генома бурых водорослей является важным шагом хотя бы потому, что эта группа растений стоит на пути от одноклеточных к сложным и привычным нам видам.

Наследование генов, связанных с обменом сигналами особенно интересно в рамках уже приведенной выше аналогии с разделением труда. Кузнец и пахарь могут договориться на словах о том, что один из них получит в обмен на свой труд, позже люди придумают деньги, а со временем развитие экономики приведет к производству микропроцессоров и появлению транснациональных компаний. Но клетки, очевидным образом, должны обходится сигнальными молекулами, которые позволяют точно скоординировать их жизнедеятельность в одном организме.

В перспективе, изучение механизмов кооперации между клетками может не только пролить свет на возникновение многоклеточных организмов, но и помочь в решении ряда вполне практических задач. Например, взаимодействие бактерий с клетками человеческого тела – тоже процесс, связанный с передачей сигналов. Более того, есть работы, в которых показано что некоторые болезнетворные организмы обладают способностью "кооперироваться" и нарушение обмена сигналами между бактериями способно сделать их более уязвимыми для лекарств.