Если же сравнить группы между собой, то обнаружится интересная и парадоксальная закономерность. Внутри каждой группы у нахлебников имеется явное преимущество над добросовестными участниками, и постепенно их процентное соотношение в группе увеличивается. Между тем, если взглянуть на всю популяцию целиком, окажется, что объединения, в которых больше добросовестных индивидов, разрастаются, в то время как численность тех, где преобладают нахлебники, сокращается. Таким образом, в масштабах всей популяции добросовестные индивиды могут одержать победу, пускай в любой отдельно взятой группе у нахлебников и будет перед ними преимущество. Если эти группы могут делиться и копировать себя, то те, в которых меньше нахлебников, в итоге оставят после себя больше потомков.
Если же сравнить группы между собой, то обнаружится интересная и парадоксальная закономерность. Внутри каждой группы у нахлебников имеется явное преимущество над добросовестными участниками, и постепенно их процентное соотношение в группе увеличивается. Между тем, если взглянуть на всю популяцию целиком, окажется, что объединения, в которых больше добросовестных индивидов, разрастаются, в то время как численность тех, где преобладают нахлебники, сокращается. Таким образом, в масштабах всей популяции добросовестные индивиды могут одержать победу, пускай в любой отдельно взятой группе у нахлебников и будет перед ними преимущество. Если эти группы могут делиться и копировать себя, то те, в которых меньше нахлебников, в итоге оставят после себя больше потомков.
Рисунок 3.2.Добросовестные индивиды способны превзойти нахлебников, если популяция подразделяется на несколько групп. Первоначальный состав групп показан вверху, и по мере продвижения вниз их размер и состав меняются. Объединения, в которых изначально преобладали нахлебники (слева), со временем уменьшаются в размере, в то время как те, в которых было больше добросовестных участников (справа) со временем разрастаются. Если рассматривать всю популяцию целиком, то со временем уровень сотрудничества возрастает, хотя в каждой отдельной группе относительное количество нахлебников и увеличивается. Этот кажущийся парадокс объясняется тем фактом, что группы, в которых больше добросовестных индивидов, растут быстрее тех, в которых преобладают нахлебники.
Любая популяция многоклеточных организмов, по сути, представляет собой метапопуляцию клеток, разделенных на группы примерно по 30 триллионов клеток (если это человек). Внутри каждого отдельного многоклеточного организма естественный отбор благоволит клеткам-нахлебникам, однако в рамках популяции многоклеточных организмов побеждают те, в которых больше клеток, добросовестно сотрудничающих друг с другом: такие организмы дольше живут и оставляют после себя больше потомства. В итоге получается, что естественный отбор симпатизирует организмам, состоящим из более добросовестных клеток, которые лучше борются с клеточным нахлебничеством. Естественный отбор на уровне организмов отдает предпочтение клеточному сотрудничеству, а также способности к обнаружению и подавлению недобросовестного поведения клеток. Другими словами, отбор благоволит организмам с более эффективными системами подавления рака.
Естественный отбор происходит не только на двух очень разных уровнях, но и в двух очень разных временных масштабах. На протяжении сотен миллионов лет в ходе естественного отбора организмы становились все более эффективными в многоклеточном сотрудничестве и подавлении рака. С другой стороны, клетки подвержены естественному отбору на протяжении всей нашей жизни, и нахлебники имеют эволюционное преимущество перед добросовестными клетками внутри нашего тела.
Этот процесс многоуровневого отбора (также называемого групповым отбором) является общепринятым фактом применительно к раковым клеткам и многоклеточным организмам. Вместе с тем следует упомянуть, что до сих пор нет единого мнения по поводу того, оказывали ли подобные процессы какое-либо влияние на формирование человеческих популяций, в частности отдавала ли эволюция предпочтение сотрудничающим группам людей по сравнению с группами нахлебников. Самое прямое отношение к изложенным здесь идеям имеет тот факт, что нет никаких споров относительно важной роли многоуровневого отбора в понимании эволюции раковых клеток и эволюции механизмов подавления и контроля рака у многоклеточных организмов.
Поиск недобросовестных клеток
У раковых клеток всегда будет эволюционное превосходство перед многоклеточными организмами, поскольку они размножаются очень быстро, делятся каждые несколько дней, в то время как многоклеточные организмы, подобные нам, дают потомство лишь каждую пару десятков лет. За счет этого эволюционные изменения в клетках происходят гораздо быстрее. С другой стороны, у нас есть преимущество сложные стратегии контроля рака: еще до начала развития раковых клеток внутри организма он сам успел претерпеть миллионы лет эволюции, так что у него в рукаве есть несколько козырей для удержания потенциальных раковых клеток под контролем. Чтобы держать в узде клетки, нарушающие законы многоклеточного сообщества, наш организм в ходе эволюции обзавелся многоуровневыми механизмами обеспечения порядка, от восстановления поврежденных ДНК до систем контроля клеточного деления и иммунного надзора.
Клеточная совесть
Клетки наделены внутренними механизмами, контролирующими их поведение, своего рода клеточным аналогом совести. Они отслеживают внутреннее состояние клетки на предмет любого ненормального поведения, которое может указывать на то, что эта клетка стала угрозой целостности или жизнеспособности многоклеточного организма, частью которого она является. Они позволяют клетке непрерывно проверять, должным ли образом она выполняет отведенные ей, как члену многоклеточного сообщества, функции. Разумеется, этот мониторинг происходит неосознанно: клетки просто отслеживают информацию с помощью своей генетических сетей. сети. Генная сеть представляет собой сложную систему обработки информации, благодаря которой клетка берет на входе различные проявления ненормального поведения, а на выходе получает сигналы тревоги, которые направляются другим элементам сети в случае обнаружения проблем.
Эта информация передается по различным генетическим сетям, например сетям гена подавления рака TP53. Подобные гены подавления рака и генетические сети, передающие им информацию, призваны обнаруживать повреждения ДНК, белки с нарушеной структурой или функцией и другие сигналы, которые могут указывать на то, что клетка вышла из строя и перестала служить интересам многоклеточного организма. Ген TP53 это центральный узел в обширной сети передачи клеточной информации. Его роль своего рода центральное разведывательное управление, которое отслеживает поведение клеток организма (рис. 3.3). Анализируя сигналы, полученные от клетки и ее соседей, он «решает» судьбу каждой из них. Исследователи рака прозвали ген TP53 хранителем генома, однако я предпочитаю называть его геномным детектором нахлебников. В случае своей активации ген TP53 может воспрепятствовать делению клетки, запустить процесс восстановления ДНК либо, если клетка слишком сильно повреждена, инициировать апоптоз (запрограммированную клеточную смерть).
Я еще вернусь к гену TP53, когда речь зайдет о раке у разных обитателей древа жизни. Различия в генах подавления рака, таких как ген TP53, играют важную роль в восприимчивости к раку у разных видов. Так, например, у слонов имеется сразу несколько копий гена TP53, что, скорее всего, является одной из причин их невероятной устойчивости к раку. К сожалению, внутренние противораковые системы клетки, такие как ген TP53, могут не сработать во всех организмах, от слонов до мышей, в результате чего клетки с поврежденной ДНК могут продолжить жить и размножаться. Если это случается, наш организм переходит на следующую линию обороны: соседский дозор.
Рисунок 3.3.Ген подавления рака TP53 выступает в роли центрального узла генной сети, где в результате анализа поступающей информации принимается решение о том, угрожает ли клетка жизнеспособности организма. По сути, ген TP53 играет роль системы обнаружения недобросовестности, действующей внутри каждой клетки. Производство белка p53 позволяет ему собирать информацию по различным аспектам клеточной функции, которые могут указывать на нечестное поведение клетки (включая аномальный метаболизм, поврежденную ДНК и неуместную миграцию). В ответ на эту информацию ген TP53 может прервать клеточный цикл, восстановить ДНК и даже при необходимости инициировать апоптоз (клеточное самоубийство).
Соседский дозор
Подобно тому как жители квартала следят за порядком у себя в районе, клетки наблюдают за тем, как ведут себя их соседи. Это помогает им на корню пресекать возникающие угрозы, а также обеспечивает надлежащее поведение соседних клеток в многоклеточной структуре. Механизмы клеточного дозора позволяют клеткам контролировать своих соседей: какие и в каком количестве гены они экспрессируют и не указывает ли это на какую-то проблему, например на недобросовестное поведение.
ОБЫЧНО КЛЕТКИ ВНУТРИ ОРГАНИЗМА ЧРЕЗВЫЧАЙНО ВОСПРИИМЧИВЫ К СИГНАЛАМ, ПОСТУПАЮЩИМ ОТ ИХ СОСЕДЕЙ.
Крейг Томпсон, президент Мемориального онкологического центра Слоана Кеттеринга, описывает эту повышенную чувствительность следующим образом: каждая клетка нашего организма словно просыпается каждое утро с мыслями о самоубийстве, от которого ее приходится отговаривать соседям. И действительно, клетки постоянно посылают друг другу сигналы о поддержании жизнедеятельности, и они могут запустить процесс клеточного самоубийства при малейшем намеке на «неодобрение» со стороны кого-то из своих соседей. «Заметив», что одна из соседних клеток начала стремительно размножаться, другая клетка перестает посылать ей сигналы о поддержании жизнедеятельности и может даже отправить команду к апоптозу, призывая ее самоуничтожиться. Такая система соседского надзора помогает защитить организм от раковых клеток.
Крейг Томпсон, президент Мемориального онкологического центра Слоана Кеттеринга, описывает эту повышенную чувствительность следующим образом: каждая клетка нашего организма словно просыпается каждое утро с мыслями о самоубийстве, от которого ее приходится отговаривать соседям. И действительно, клетки постоянно посылают друг другу сигналы о поддержании жизнедеятельности, и они могут запустить процесс клеточного самоубийства при малейшем намеке на «неодобрение» со стороны кого-то из своих соседей. «Заметив», что одна из соседних клеток начала стремительно размножаться, другая клетка перестает посылать ей сигналы о поддержании жизнедеятельности и может даже отправить команду к апоптозу, призывая ее самоуничтожиться. Такая система соседского надзора помогает защитить организм от раковых клеток.