Пол в обмен на регенерацию
Тем плоским червям, которые захотели себе полового размножения, пришлось расстаться с умением восстанавливать любую часть тела.
Сверхспособности к регенерации мы можем видеть разве что в фантастических комиксах, кино и книгах – супергерои или какие-нибудь мутанты стремительно отращивают себе руки, ноги, а то и головы взамен оторванных. Мы же в лучшем случае способы нарастить кончик пальца. На самом деле, здесь многое зависит от того, что мы имеем в виду под регенерацией и что именно мы хотим регенерировать. Например, наша печень – вполне себе «супергерой»: она способна восстановить едва ли не 75% своей массы. Восстанавливаются у нас поджелудочная железа, почки и лёгкие, хотя их способности к регенерации сильно уступают печёночной. Атрофированные от безделья мышцы тоже можно нарастить обратно, хотя на это потребуется время и определённые усилия. Наконец, у нас постоянно обновляются клетки крови, эпителий и т. д. – если такое обновление считать регенерацией, то она у нас идёт так, что будь здоров.
Но вот рук, ног и голов человек регенерировать не может, это правда. Точно так же обстоят дела с регенерацией у большинства животных. Есть ящерицы, которые могут отрастить хвост взамен отброшенного (хотя новый хвост всё равно получается какой-то не такой). У тритонов отрастает откушенная нога. Ещё есть аксолотли, личинки амбистомовых саламандр – они могут регенерировать и ногу, и глаз, даже сердце. Истинные суперспособности к регенерации есть лишь у гидр и плоских червей планарий – они могут восстановить у себя всё, что угодно.
Регенерация – это очень удобно, и возникает вопрос, почему у животных она представлена так скудно и в таких невыразительных формах. Отчасти на этот вопрос отвечают сотрудники Института молекулярной и клеточной биологии и генетики Общества Макса Планка – отчасти, потому что в их статье в Nature Ecology & Evolution речь идёт только о планариях. Не у всех планарий есть способности к суперрегенерации. Некоторые виды, действительно, способны отрастить заново хоть хвост, хоть голову, но вот другие виды голову себе уже не отрастят, хотя хвост вполне могут; наконец, есть такие планарии, которые почти не способны к регенерации.
Анализируя эволюционную историю планарий, исследователи выяснили, что суперрегенерация (то есть, грубо говоря, умение отращивать новую голову) возникала среди плоских червей несколько раз, и многие виды эту способность потом утрачивали. Также выяснилось, что регенеративные способности у разных видов планарий зависят от молекулярного сигнального пути Wnt. Сигнальный путь состоит из какого-то количества больших и малых биомолекул, которые в строго определённом порядке передают некий сигнал внутри клетки. Wnt – название белка, точнее, класса белков, на которых держится этот сигнальный путь. Wnt-путь есть у всех животных; он управляет ростом клеток, их делением и дифференцировкой (если же с Wnt-путём становится что-то не так, это чревато злокачественными опухолями). Раз Wnt-путь управляет делением клеток и их дифференцировкой, значит, регенеративные способности от него тоже зависят.
Эксперименты показали, что когда Wnt-сигналы работают, регенерация идёт плохо, то есть планария может отрастить только хвост, да и то не всегда. Если же у планарии, которая в норме вообще плохо регенерирует, выключить Wnt-сигналы, восстановительные способности значительно усилятся, вплоть до того, что на месте утраченной головы возникнет нечто похожее на новую голову. Одновременно исследователи заметили, что регенеративные способности того или иного вида червей связаны с тем, как они размножаются. Некоторые планарии склонны к бесполому размножению, и при этом они хорошо регенерируют. Наоборот, виды, предпочитающие половое размножение, регенерируют плохо. Для полового размножения нужны специальные половые клетки и половая система в целом. И тут оказалось, что сигнальный путь Wnt играет очень большую роль в формировании половой системы планарий. То есть работающий Wnt-путь даёт возможность размножаться половым способом, но тогда нужно пожертвовать способностью к регенерации.
На самом деле, умение восстанавливать хвост или голову – это форма бесполого размножения: ведь отвалившаяся голова или хвост тоже восстанавливают всё, чего им не хватает. Собственно, планарии с бесполым размножением сами отделяют от себя хвост, после чего в природе появляется две новых планарии. Активируя или подавляя Wnt-сигналы, можно размножаться то так, то этак. Вполне возможно, что регенерация у планарий и возникла исходно для размножения, а то, что тут можно одновременно залечивать любые раны, так это просто дополнительный плюс. Но и у полового размножения есть плюсы, которых нет у бесполого. Смысл полового размножения в смешивании генетического материала. Половые клетки одного пола сливаются с половыми клетками другого пола, и получается организм с новой комбинацией генов. Чем разнообразней комбинации у разных особей в популяции, тем больше шансов выжить у популяции в целом. С точки зрения эволюционного благополучия популяции и вида в целом половое размножение оказывается выгоднее.
Авторы работы уточняют, что они не оценивали в конкретных цифрах, насколько активность Wnt-сигналов повышает склонность к половому размножению; но в целом понятно, что без Wnt-пути здесь никак. Было бы интересно узнать, есть ли похожая закономерность у других видов, у которых есть и способности к регенерации, и какие-то особенности в размножении.
