Для некоторых одноклеточных самоуничтожение оказалось дружеским актом
В многоклеточных организмах программируемая клеточная смерть, апоптоз, естественный и необходимый механизм, обеспечвающий всему организму выживание и размножение. У нас, например, во время развития таким образом формируются пальцы, кровеносные сосуды и другие органы, а на протяжении всей жизни удаляются поврежденные клетки и запускается регенерация.
Но самоубийство одноклеточных – эволюционная загадка, ведь это означает полную окончательную гибель. Самое удивительное – одноклеточные нередко убивают себя даже в ситуациях которые они могли бы пережить, поэтому совершенно неочевидно, как естественный отбор допускает такое странное поведение.
В совместной работе Университета Аризоны - Пьер Дюран, Армин Рашиди и Ричард Мишо обнаружили, что самоубийство приносит очевидную пользу соседям и родственникам умершей клетки тем, что в процессе гибели выделяются соединения, которые помогают окружающим клеткам расти быстрее.
Грибы, простейшие, красные и зеленые водоросли и даже бактерии имеют генетические программы, которые при активации запускают самоуничтожение. Суицидальные клетки активно тратят энергию на сокращение, измельчение собственной ДНК и создание других органических материалов.
Чтобы проверить эту гипотезу, команда вырастила три клональные культуры C. Reinhardtii. Одну колбу с водорослями они погрузили в водяную баню с температурой 50 градусов по Цельсию на 10 минут. Этого достаточно, чтобы начать обжигать человеческую кожу и запустить программу смерти C.Reinhardtii. За день все эти клетки медленно погибли и проявили явные признаки самоубийства, такие как измельченная ДНК.
Вторую культуру ученые убили ультразвуком, вызвав резонансом разрушение мембран клеток, чтобы клетки, таким образом, в неизмененном виде сбрасили свое содержимое в окружающую среду. По словам Мишо это было единственное что получилось придумать для уничтожения колонии еще до того, как клетки смогли бы совершить суицид.
Третья культура, контрольная, вела нормальную жизнь без стресса еще 18 часов.
Подготовленные таким образом три типа "бульона" были добавлены к чистым культурам.
В ходе десятков повторных экспериментов первый тип бульона с остатками суицидных клеток, заставил чистую культуру расти быстрее, в зависимости от концентрации, мог удвоить рост за четыре дня.
С другой стороны, бульон, с остаткам убитой ультразвуком культуры, был мощным ингибитором роста — клетки содержат много токсичных веществ, например, хлорофилл, попав в окружающую среду в неизмененном виде, отравляет соседей.
Третий тип никак не влиял, ведь он изначально мало чем отличался от чистой культуры.
Исследование укрепляет идею о том, что естественный отбор благоприятствует ПКС, потому что он помогает всей группе клеток и что самоубийство по-соседству может помочь соседним клеткам.
В то же время новые результаты оставляют без изменений несколько других гипотез о пользе ПКС. Например, самоубийство может быть случайным побочным продуктом какого-то метаболического процесса (например, адаптации к более легким стрессам), который делает клетки конкурентоспособными на ранних этапах жизни. Или это может помочь водорослям бороться с вирусными инфекциями. Если инфицированные вирусом клетки самоуничтожаются до того, как возбудитель сможет размножиться, они избавляют своих соседей от инфекции.
«Это было очень драматично», — говорит Мишо. — «В целом история хороша», — млеет этот одноклеточный гитлер, теперь нетерпится узнать больше подробностей о том, как именно работает положительный эффект, насколько специфична польза: например, насколько будет усилен аргумент родственного отбора, если продукты ПКС будут полезны только представителям одного и того же вида или штамма.