Клетка-предатель. Откуда взялся рак и почему его так трудно вылечить - [14]

Теоретиками были предложены различные возможные объяснения — от взаимной выгоды и наказаний до разделения рисков и сотрудничества только с ближайшими родственниками, — которые были проверены на сотнях математических моделей. Несмотря на разнообразие решений и стратегий по поддержанию сотрудничества, их все можно разделить на две категории: решения, основанные на повторяющихся взаимодействиях индивидов друг с другом, и решения, основанные на генетическом родстве.

Многократные взаимодействия между индивидами могут способствовать сотрудничеству, так как теперь они могут пожинать плоды прошлого опыта или испытывать негативные последствия прежнего недобросовестного поведения. Из-за того, что взаимодействие повторяется, выгода от сотрудничества увеличивается, а от недобросовестного поведения — падает, в результате чего сотрудничество зачастую становится более предпочтительным вариантом. При возможности покидать партнеров и группы с недостаточным уровнем сотрудничества — либо если они могут выбирать себе партнера — сотрудничество оказывается более выгодным. Группы, где оно процветает, более стабильны и долговечны, так как получают коллективную пользу. Повторяющиеся взаимодействия сотрудничающих клеток могли играть свою роль на ранних этапах эволюции многоклеточной жизни, однако традиционно в качестве основного объяснения развития клеточного взаимодействия при переходе к многоклеточности ученые рассматривают генетическое родство.

Генетическое родство помогает решить проблему недобросовестного поведения и делает сотрудничество возможным, возвращая получаемую от него пользу генам, которые за него отвечают. Представьте себе суп из отдельных клеток (не являющихся частью какого-то многоклеточного организма). Часть этих клеток — «производители», то есть создают нечто, повышающее приспособленность соседних клеток к внешней среде (например, ферменты, помогающие им перерабатывать ресурсы). Другие клетки — «нахлебники», так как сами ничего не дают, однако пользуются тем, что вырабатывают производители. Если взаимодействие между индивидами в популяции происходит случайным образом, то нахлебники получают больше ресурсов, избегая затрат на выработку фермента. Их шансы на размножение увеличиваются (так как у них больше резервов), и они начинают доминировать в популяции. В конечном счете клетки-нахлебники возьмут верх, и все взаимодействующие клетки попросту вымрут. Это яркий пример классической проблемы недобросовестного поведения, ограничивающего эволюционную устойчивость сотрудничества.

Теперь давайте рассмотрим альтернативу случайному взаимодействию между клетками в этом супе: что, если производители будут держаться вместе и сотрудничать друг с другом, держась подальше от нахлебников? Каждый раз, когда производитель что-то вырабатывает, это приносит пользу остальным производителям: вместо того чтобы кормить нахлебников, производители приносят пользу друг другу, благодаря чему гены, кодирующие способность к производству, распространяются в популяции клеток.

Аналогично, когда все клетки в группе являются генетическими клонами, гены, отвечающие за сотрудничество между клетками, могут распространяться в результате процесса под названием «родственный отбор». Одна из причин невероятного уровня взаимопомощи между клетками, появившаяся в ходе эволюции многоклеточных организмов, — то, что клетки нашего тела (в первом приближении) являются генетическими копиями. Генетическое родство не объясняет все полностью — как мы увидим в следующем разделе, — однако оно помогает создать условия, делающие возможным развитие сотрудничества между клетками. Высокий уровень родства внутри группы клеток также позволяет появляться механизмам обнаружения клеток-нахлебников и противодействия им.

Генетическое родство клеточных кластеров повышает вероятность развития сотрудничества между клетками, тем самым подготавливая почву для формирования многоклеточной жизни. Но что же такого хорошего в многоклеточных организмах? С какой стати клеткам вообще отказываться от возможности размножаться самостоятельно, как отдельным индивидам, ставя эволюционную приспособленность клеточного коллектива выше своей собственной?

Многоклеточность — сотрудничество во плоти

Вы когда-нибудь задумывались о том, насколько проще была бы жизнь, будь у вас возможность клонировать себя? Один из вас ходил бы на работу, другой — мыл посуду и убирался дома, а третий разобрал бы, например, вашу электронную почту. И раз уж на то пошло, зачем останавливаться на трех? Почему бы не создать целую армию клонов, чтобы все успевать?

Именно поэтому жизнь на Земле и совершила скачок от одноклеточного образа жизни к многоклеточному: так было намного проще. В начале истории этой планеты доминировали одноклеточные организмы, такие как водоросли и бактерии, которые размножались и использовали ресурсы вроде углерода и азота. Затем появились клетки, которые опробовали новую стратегию: после деления они не становились двумя отдельными клетками, а оставались вместе, и в итоге у этих скоплений клеток появилась способность к разделению труда посредством регулирования геномов клеток: одни клетки теперь специализировались на перемещении всего организма, другие — на переваривании пищи, третьи — на размножении. Это сделало многоклеточные формы жизни гораздо эффективнее одноклеточных.