Феномен медоносной пчелы. Биология суперорганизма

Развитие и распространение жизни на нашей планете протекало в соответствии с неизменными принципами с самого начала ее существования, около 4,5 млрд лет назад. Подчиняясь целому ряду простых, по сути, правил и легко понятных способов, появился мир живых организмов потрясающего разнообразия и невероятной сложности.

Движущей силой динамики этого взрыва жизни стало «стремление выжить», где «выживание» означает более быстрое, чем у конкурентов, воспроизводство. Воспроизводство с абстрактной точки зрения означает создание копий самого себя. При использовании термина «копия» в действительности подразумевается «клон», поскольку лишь в этом смысле в живом мире наследственный материал может производить истинные копии самого себя. В качестве единственного наследственного материала преобладали нуклеиновые кислоты – макромолекулы, собранные из большого количества звеньев, образующих цепочку. Каждое звено в этой цепочке состоит из четырех различных органических оснований, сахара и фосфорной кислоты. Если какое-то из этих оснований доступно в окружающей среде и находится рядом с уже существующей цепочкой, оно образует связь определенного вида лишь с одним из других типов оснований, известным как его комплемент. Когда все основания в цепочке связаны – каждое со своим определенным комплементом, – в результате образуется точная «негативная» копия оригинала. Этот «негатив», отделенный от исходного шаблона, произведет точную копию исходной цепочки, когда с ним свяжутся комплементарные основания.

Развитие этих типов молекул на Земле и установление их господства над возможными (но неизвестными нам) альтернативами породило интереснейший беспрерывный процесс: более 1000 млн лет копии копий создавали непрерывную линию наследственного материала, тянущуюся к организмам, живущим в наши дни.

Несложно представить себе, что молекулы, которые создавали копии самих себя, уже соревновались друг с другом за основные ресурсы для собственной репликации. Сырья не хватало даже в то время, и нехватка стала еще острее, когда потребность в нем возросла. Молекулы, которые привлекли на помощь ферменты, чтобы сделать возможным более быстрое и успешное создание копий, полностью изменили суть соревнования. Однако для того, чтобы создавались новые молекулы, копирование должно быть точным, но не лишенным ошибок. Допустимое количество ошибок в копиях гарантирует вероятность изменчивости. Без этого не может быть ничего нового.

На протяжении тысячелетий ничего не менялось. Мутации, берущие свое начало в ошибках при копировании, – это важный источник для появления новых форм живых существ. Путем непрерывного образования новых «версий», которые либо не приносят пользы и поэтому быстро исчезают, либо выживают, поскольку являются полезными, в нуклеиновых кислотах сформировался богатый спектр изменений. Эти отличные друг от друга цепочки содержат инструкции, которые составляют генетическую информацию, или геном, отличающихся друг от друга организмов и тем самым приводят к появлению огромного разнообразия форм живых существ.

Нельзя не принимать во внимание того, что по прошествии почти невообразимых более чем 4 млрд лет мир кишит молекулами нуклеиновых кислот, цепочки которых состоят из звеньев, складывающихся в весьма различные комбинации. Однако эти цепочки не находятся в свободном состоянии в окружающей среде, а «приобрели» очень изменчивые по форме «упаковки». В чем же состоит смысл этого замкнутого существования нуклеотидов, скрытых глубоко внутри организмов? Это ни в коем случае не скромное отшельничество. Напротив, эти нуклеиновые кислоты непрерывно и решительно занимаются улучшением собственных характеристик по сравнению с характеристиками подобных им нуклеиновых кислот, являющихся прямыми конкурентами. Как же в этом помогает «упаковка»?

Жизнь становится сложной

Если мы ищем особенности, которые возникли в ходе эволюции на пути от исходного простого самовоспроизводящегося наследственного материала (нуклеиновых кислот) к существующим в наше время формам, то очевидно следующее:

• с течением времени появляются все более сложные структуры;

• структуры достигают большего, будучи единым целым по сравнению с отдельными элементами, из которых они построены;

• структуры могут определять поведение элементов, из которых они сложены.

Сам по себе наследственный материал никоим образом не становится более сложным. Три утверждения, приведенные выше, суммируют очевидную тенденцию в эволюции – развитие «упаковки», или так называемого фенотипа организма, который используется наследственным материалом («геномом») для того, чтобы бросать его в битву с другими организмами и «выживать и воспроизводиться успешнее, чем конкурент».

Первые клетки, представляющие собой раннюю сложную форму организации, сформировались примерно 3500 млн лет назад и включали множество важных функциональных элементов, хотя геном не был заключен в ядре. Это были свободноживущие независимые клетки, бравшие вещество и энергию, необходимые для воспроизводства их генома, из окружающей среды вокруг себя. Свободноживущие одиночные клетки существуют и в наше время, играя важную роль в организации природы. Это бактерии, и, будучи одноклеточными организмами, они остались на данной первичной стадии эволюции и явно способны конкурировать с многоклеточными организмами. В противном случае их бы просто больше не было. Эволюция многоклеточных организмов впервые началась около 600 млн лет назад, примерно на 3000 млн лет позже одноклеточных форм жизни. Во время этого нового большого скачка изначально независимые одноклеточные организмы объединились в многоклеточных существ. Переходя на новый уровень сложности, клетки вначале не отказывались от своей обособленности, а просто жили рядом друг с другом в колониях. Во время этого «случайного события» были «открыты» преимущества двух критически важных свойств: разделения труда и сотрудничества. Таким образом возник «носитель» с особенностями, которые молекулы генома могли успешнее использовать для воспроизводства своего собственного разнообразия. Благодаря скоплению доступных строительных блоков развились сложные структуры. Это бесспорно. Но почему сложные формы тела должны обладать преимуществами? И если это так, то каковы они?

Одно явное преимущество состоит в возможности передавать различные задачи различным отдельным элементам. В таком случае этот вид специализации позволяет разрешать проблемы одновременно, а не последовательно, что наблюдается в случае одноклеточных существ. Возникли узкие специалисты, такие как различные типы клеток у многоклеточных организмов, а также возможность объединения их деятельности, открывающая кардинально новые направления для взаимодействия с окружающей средой. Это явно было очень успешным шагом, потому что в настоящее время облик живой природы определяют многоклеточныеорганизмы.

Вместе с возникновением многоклеточных форм жизни возникла запланированная смерть. Носители, которых геномы создали в виде многоклеточных организмов, были смертными. Можно подумать, что это было не очень хорошим началом для долгосрочной конкурентной борьбы за выживание. Выход из этой дилеммы состоял в том, чтобы защитить от смерти малую часть клеток тела и использовать их для создания «вечной» линии копий, тем самым выторговав выгоду в эффективности, которую обеспечивает многоклеточная организация, в обмен на ограниченную продолжительность жизни. Поэтому многоклеточные животные делегируют передачу генома специализированным клеткам – мужским и женским половым клеткам. Из них складываются родословные линии, которые связывают поколения во времени, и передача генома стала независимой от смерти его носителей.

Поэтому формирование сложных подсистем из устойчивых элементов привело к появлению многоклеточных организмов и к решению проблемы смертности генома.

Родословная линия половых клеток