Одноклеточные организмы – эгоистичные существа: они живут, растут, размножаются и делают практически все остальное самостоятельно. Они никому не помогают, и никто не помогает им. Их главная директива – обеспечить собственное выживание и размножение. Чтобы быть успешным, одноклеточный организм конкурирует с окружающими клетками за ресурсы. Но клетки, которые работают вместе, имеют огромное преимущество над клетками, которые работают в одиночку.

Многоклеточные организмы появились примерно 1,7 млрд лет назад – скорее всего, поначалу это были простые скопления или колонии одноклеточных эукариот. Со временем взаимовыгодное сотрудничество между клетками сделало возможной специализацию, а затем и существование истинных многоклеточных организмов. Специализация, разделение труда и межклеточная коммуникация сделала эти организмы больше, сложнее и лучше приспособленными к жизни, чем простые одноклеточные организмы. В человеческом теле более 200 типов специализированных клеток, которые разделяют на пять широких категорий: эпителиальная ткань, соединительная ткань, кровь, нервная ткань и мышцы.

Но эта новая сложность потребовала новых правил сотрудничества между клетками. Собравшись вместе, отдельные клетки должны учиться жить и работать вместе – точно так же, как отдельные люди, живущие в большом городе. Одноклеточный организм подобен человеку, живущему в уединенной хижине в лесу. Он может делать что угодно, потому что рядом нет никого, кто мог бы быть недоволен. Он может хоть весь день ходить голым, если захочет. А многоклеточные организмы похожи на большие густонаселенные города. В городах должны быть правила, регулирующие допустимое поведение. Человека, который ходит голым по улицам города, могут арестовать. Потребности многих перевешивают потребности одного. В обмен на отказ от некоторых индивидуальных свобод общество делает возможным специализацию, разделение труда и коммуникацию. Сложная организация позволяет городам и странам доминировать над окружающей средой. Такой вот компромисс.

Город, где живет множество людей, и многоклеточные организмы отдают предпочтения, которые выгодны коллективу. Некоторые жители города могут погибнуть ради блага других – например солдаты, пожарные или полицейские. В многоклеточном организме некоторые клетки, например лейкоциты иммунной системы, могут быть принесены в жертву ради блага всего организма.

Клетки должны следовать строгим правилам общения и координации, если хотят жить и работать вместе. Приоритеты клеток в многоклеточных организмах уже совсем не такие, как в одноклеточных. Одноклеточные организмы конкурируют с другими клетками ради собственной выгоды. Многоклеточные организмы сотрудничают с другими клетками, чтобы принести пользу всему коллективу клеток, из которых состоит организм.

Многоклеточные организмы конкурируют с другими организмами за пищу, но вот на клеточном уровне все клетки в этом организме сотрудничают между собой.

На клеточном уровне одноклеточные и многоклеточные организмы имеют несколько важных различий: рост, смертность, мобильность и гликолиз.

* Способ действия.

Рост

Одноклеточные организмы растут и размножаются любой ценой. Это их единственное предназначение в жизни, их состояние по умолчанию. Бактерия в чашке Петри или грибок в кусочке хлеба никогда не оставляет попыток расти и размножаться. Они остановятся, только если закончатся ресурсы.

Напротив, многоклеточные организмы тщательно контролируют рост, используя гены, которые способствуют росту (онкогены), и гены, которые его подавляют (супрессоры опухолей). Клетки могут расти только тогда, когда им говорят – в нужном месте и в нужное время. Клетка печени не может вырасти у вас на кончике носа. А еще клетки печени не могут расти до тех пор, пока не станут размером с холодильник – тогда они стеснят легкое, которое живет прямо по соседству. Как говорится в пословице, хорошие заборы – хорошие соседи. Такая организация гарантирует благополучие всего организма, а не отдельной клетки.

Точно так же различается подход к росту у одного человека и целого города. Выживальщик-одиночка в лесу ничем не ограничен. Он может построить себе сколь угодно огромный дом там, где хочется. Рост для него – это хорошо. А вот в городах рост очень тщательно контролируется. Вы не можете просто взять и построить сарай на территории соседа. Эти правила гарантируют сотрудничество. Рост обычно невыгоден, потому что пространство ограничено. Если ваша территория будет расти, это произойдет за счет территории соседа. Рост всего города – хорошо, а вот рост населения внутри города – плохо, если сам город не расширяется.

Бессмертие

Одноклеточные организмы бессмертны, потому что могут размножаться бесконечно долго. Количество делений у одноклеточных организмов, например дрожжей, не ограничено. Если питательных веществ достаточно, дрожжи будут и дальше расти и размножаться. Например, есть дрожжевые закваски, которым больше 100 лет, а из них до сих пор готовят хлеб[186]. Дрожжи растут и размножаются бесконечно, пока у них есть для этого условия. Клеточная линия дрожжей бессмертна.

А вот клеточным линиям в многоклеточном организме жить вечно не разрешается. Каждый раз, когда они размножаются, их теломеры слегка укорачиваются, и, когда они достигают критической длины, клетки больше делиться не могут. Клеточная линия достигает стадии одряхления. Старые клетки, которые делились уже слишком много раз, приговариваются к смерти через апоптоз. После того как они уже не могут приносить пользы, их удаляют из организма – ради его же блага.

Выживальщик-одиночка в лесу может жить в своем доме сколько угодно долго – даже если крыша уже протекает, а стены вот-вот рухнут. В городе же обветшавшие дома сносят, чтобы другие люди не пострадали. Потребности многих важнее, чем потребности одного человека.

Движение

Движение – это естественное состояние одноклеточных организмов. У них нет никаких обязательств оставаться в определенном месте. Они передвигаются, чтобы найти самую благоприятную для себя среду. Бактерии изобрели множество замечательных способов передвижения. Одни используют для этого органеллы-жгутики, которые функционируют похоже на пропеллеры. Другие бактерии подергиваются и скользят, используя для этих целей органеллы, известные под названием пили IV типа.

Одноклеточные организмы сполна пользуются и преимуществами пассивного движения. Например, в неблагоприятных условиях дрожжи переходят в дремлющее состояние – превращаются в споры, которые подхватывает и разносит ветер. Некоторые споры найдут благоприятную среду для роста, снова активизируются и прорастут. Другие – не найдут и будут и дальше выжидать. Пекарские дрожжи, например, могут много лет пролежать в пластиковом пакетике, а потом снова активизироваться, когда их положат в теплую воду.

Движение особенно полезно для выживания одноклеточных организмов потому, что они сильно зависимы от окружающей среды. Дрожжи, которые слишком долго остаются на одном месте, могут израсходовать все свои ресурсы и погибнуть. Способность к передвижению дает им возможность найти обилие ресурсов в другом месте, чтобы и дальше плодиться и размножаться.

Напротив, многоклеточные организмы должны сделать все, чтобы их клетки оставались строго на нужных местах и никуда не передвигались. Клетки взаимодействуют и зависят друг от друга, так что должны быть в нужном месте в нужное время. Печень зависит от легочных клеток, которые добывают кислород, а остальной организм зависит от клеток печени, которые очищают кровь. Чтобы весь этот механизм работал, каждая клетка должна быть на своем месте. Легочная клетка не может просто взять, запрыгнуть в кровеносный сосуд и отправиться на тусовку к печени. В многоклеточных организмах есть специальные сложные системы – молекулы клеточной адгезии, – которые удерживают клетки на нужном месте.

Движение – это состояние одноклеточных организмов по умолчанию, а вот клетки многоклеточных организмов по умолчанию неподвижны (находятся в стазисе). Движение происходит на уровне всего организма, а не отдельной клетки. Организмы передвигаются, а вот клетки внутри организмов – нет.

Человек, который живет в чистом поле, может путешествовать, куда захочет. Если в каком-то месте хорошие условия, он остается там. Если нет – перебирается на новое место. Многие древние человеческие племена были кочевыми – они переходили с места на место, разыскивая пищу и избегая встреч с врагами. Но вот человек, живущий в Нью-Йорке, не может пойти, куда ему заблагорассудится. Он не может, например, просто взять и войти в чужой дом – это называется незаконным проникновением. Это одно из многочисленных правил, которые приходится соблюдать, живя в обществе.

Гликолиз

Пища перерабатывается в клеточную энергию в форме АТФ. Эволюция выработки энергии проходила в три этапа: гликолиз, фотосинтез и окислительный метаболизм.

Древняя атмосфера Земли была бедна кислородом (анаэробные условия), так что первой появившейся формой производства энергии был гликолиз. Этот процесс расщепляет молекулу глюкозы на две молекулы АТФ и две молекулы молочной кислоты и не требует кислорода. Все современные человеческие клетки умеют осуществлять процесс гликолиза.

Следующим важным эволюционным шагом в переработке энергии стал фотосинтез, появившийся примерно 3 млрд лет назад. Распространение фотосинтезирующих бактерий привело к росту концентрации кислорода в атмосфере.

Доступность кислорода сделала возможным появление третьего важного типа выработки энергии: окислительного фосфорилирования, которое осуществляется митохондриями. Окислительное фосфорилирование – это сжигание глюкозы с помощью кислорода, которое дает 36 молекул АТФ на одну молекулу глюкозы – это огромный шаг вперед по сравнению с гликолизом, который дает всего две молекулы АТФ. Человеческие клетки, если доступен кислород, практически всегда используют именно окислительное фосфорилирование. Большинство одноклеточных организмов используют более примитивный механизм, гликолиз, а вот большинство эукариотических клеток прибегают к окислительному фосфорилированию.

Итак, подведем итог. Одноклеточные организмы отличаются от многоклеточных четырьмя главными характеристиками:

1. Они растут.

2. Они бессмертны.

3. Они передвигаются.

4. Они используют гликолиз (еще это называется эффектом Варбурга).

Ничего не напоминает? А должно напоминать: ровно те же четыре признака являются отличительными особенностями рака! Это ведь не может быть простым совпадением? Отличительные особенности рака одновременно являются еще и свойствами одноклеточных организмов. Рак появляется из клеток, являющихся частью многоклеточного организма, но вот его поведение очень напоминает поведение одноклеточного организма.

Это выглядит как ответ на каком-нибудь школьном экзамене: раковые клетки отличаются от здоровых точно так же, как одноклеточные организмы – от клеток многоклеточного организма. Если смотреть с этой точки зрения, то сходство между раковыми клетками и одноклеточными организмами становится заметно даже сильнее.