Откуда взялись многоклеточные животные и почему одинокие клетки вдруг решили объединиться? Исследования самых древних нынеживущих организмов показали, что классическая идея эволюции «от простого к сложному» давно устарела —на самом деле, все намного запутанней и интересней.

В школьной биологии мне очень нравилась глава про возникновение многоклеточности — про то, как клетки-одиночки решили жить вместе. Там были портреты двух бородатых ученых — Мечникова и Геккеля — и их теории.

Если их объединить, получится довольно простая история: в «первичном бульоне» плавали отдельные клетки, которым нужно было находить еду и защищаться от хищников. И оказалось, что проще существовать колонией, где внешняя часть клеток отвечает только за плавание, а часть внутренняя — только за поиск и переваривание пищи для себя и жгутиковых товарищей. Потом в таком полом шарике образовалась складка, и получился двуслойный организм с внутренней полостью — аналог современной губки. Сейчас такие процессы происходят при развитии большинства животных: это гаструляция — образование внутренней полости, и нейруляция — еще одна складка, на месте которой проходит нервный пучок, впоследствии становящийся спинным мозгом. Вот так это происходит у лягушек:

Эта классическая теория, логичная и понятная нам, — в основном неправда. Точнее, неправдой является ее первая часть — где одиночные клетки «решают объединиться». Естественно, исследователи ищут этот первый момент, эволюционный рывок, который позволил существовать таким сложным организмам, как мы с вами. Ищут гены, которые позволили этому произойти, — но чем дальше, тем больше ученые убеждаются, что, например, у той же губки уже есть гены, контролирующие нейромышечное развитие, хотя самой этой системы у нее нет и в помине. Казалось бы, для того, чтобы клетки «слипались» и могли существовать как целый организм нужен набор белков, позволяющий им «общаться». Но гены этих белков также обнаруживают в одноклеточных организмах. Получается, что логичный, однонаправленный процесс эволюции от простого к сложному — всего лишь одна из теорий, которая не всегда работает.

Логичный, однонаправленный процесс эволюции от простого к сложному — всего лишь одна из теорий, которая не всегда работает.

Новое подтверждение этому было опубликовано в журнале BMC Evolutionary Biology. Швейцарские ученые исследовали эволюционную близость видов одного из древнейших родов, до сих пор живущих на Земле, — цианобактерий. Эти бактерии фотосинтезировали еще 2,5 миллиарда лет назад. Считается, что именно из-за них поднялся уровень кислорода в атмосфере, что дало возможность развиться более сложным формам жизни.

Цианобактерии (Cyanobacteria, сине-зеленые воодоросли или цианопрокариоты) наиболее близки к древнейшим микроорганизмам, остатки которых (строматолиты, возраст более 3,5 миллиарда лет) обнаружены на Земле.
Тем не менее, цианобактерии научились образовывать многоклеточные формы на 1,5 миллиона лет раньше эукариот, клеток с ядром, из которых состоим мы с вами. Ученые сравнили огромное количество (1254) сиквенсов специфической, рибосомальной ДНК, которая передается напрямую от материнской клетки к дочерней. Таким образом можно было разбить виды на более или менее близкие, на имеющие одного или разных предков — в итоге получилось эволюционное дерево.

Оказалось, что в эволюции цианобактерий не было никакого однонаправленного развития, многоклеточные формы как минимум пять раз переходили обратно в одноклеточные. Еще один камень в огород теории классической эволюции от простого к сложному.

Конечно, удобно пользоваться простыми, логичными схемами, которые объясняют, откуда что берется, и кто от кого произошел. Но законы природы — слишком сложный материал, чтобы делать подобные обобщения. Однако, у ученых есть подсказки, ведь даже понимание эволюции одного рода бактерий на шаг приближает нас к пониманию того, как происходит усложнение многоклеточных организмов в целом.