Но есть и другой вариант: не ждать в оцепенении, а попробовать измениться. И закрутить рулетку мутагенеза. Авось повезёт! Повезёт — если в клетке случайно возникнет мутация, одна или несколько, благодаря которым появится возможность преодолеть стрессовую ситуацию и начать деление. Впрочем, тут есть и своя закавыка. А если такая, именно полезная, мутация не возникнет? Вполне может быть. Тогда длительный мутагенез, да ещё идущий в неделящихся клетках и приводящий к резкому накоплению вредных мутаций, настолько повредит нормальные гены, что даже если условия среды вдруг и улучшатся, клетка рост не начнёт. В общем, риск. Поэтому такая стратегия — с рулеткой мутагенеза — и называется „рискованная изменчивость“.

Отсюда законный вопрос: что же для клетки в ситуации стресса лучше — ждать или рисковать? Как известно, на вопрос студентов Института красной профессуры, какой уклон хуже, правый или левый, тов. Сталин ответил: „Оба они — хуже“. И верно: обе рассмотренные выше стратегии поведения популяции клеток при стрессе действительно „хуже“. А если так, то поставьте себя на место эволюции и предложите нам третью стратегию, которая „лучше“. Получилось?

А вот что получилось у природы.

Если популяция микроорганизмов попадает в неблагоприятные условия среды (скажем, в среде нет ни одного из привычных субстратов — компонентов пищи), то клетки, естественно, прекращают рост и преобразуют свой обмен веществ так, чтобы, во-первых, наиболее безопасно пережить голод и, во-вторых, включить особый механизм, чтобы создать мутации, которые смогли бы адаптировать клетку к непривычному для неё субстрату, находящемуся в среде. Этот особый механизм был назван адаптивным мутагенезом.

Вот его суть. Как полагается, в таких неделящихся клетках идёт синтез ДНК. Но необычный: случайно, то в одном, то в другом месте генома, удаляется участок одной нити ДНК (для особо интересующихся: у бактерий кишечной палочки это происходит за счёт систем RecBCD, RecA и SOS-ответа), и на оставшейся нити, как на матрице, происходит синтез второй нити, но с мутациями! (Опять же для особо интересующихся: за счёт снижения активности системы репарации неправильно спаренных оснований, которая сокращённо называется MMR — от английского Mis Match Repair.) В итоге в одной из нитей какого-то участка ДНК накапливаются мутации. Такие мутации, с большой частотой возникающие в неделящихся клетках, были названы гипермутациями.

Что потом? Хотя поначалу клетка и не растёт, насыщенная мутациями одна нить гена начинает работать — происходят транскрипция и трансляция. И если в результате этого клетка начинает рост (становится способной поедать ранее несъедобный субстрат), то адаптивный мутагенез прекращается. Теперь в нём уже нет нужды. Система репарации неправильно спаренных оснований MMR восстанавливает свою активность, клетка растёт, и частота возникновения мутаций в ней становится опять нормальной, то есть низкой.

Ну а если мутаций, запускающих рост клетки, в данном гене не возникло? Может так быть? Запросто! И что тогда? Тогда адаптивный мутагенез начинается в другом случайном месте ДНК, и с помощью того же, представленного выше, механизма. Там возникает мутантный ген, и теперь уже он попробует запустить клеточный рост. Не получится — история повторится с третьим геном; если и тут не повезло, то с четвертым. Методом проб и ошибок. Где-то, да повезёт.

Ну, повезло. Однако и тут не всё просто: ведь в предыдущих трёх генах остались мутации, оказавшиеся бесполезными. А если они — вредные, а тем паче смертельные? То есть опять же риск. В общем, по обещанной выше русской пословице: „Или грудь в крестах, или голова в кустах“.

Короче говоря, очевидно, что нерастущая популяция, в которой происходят гипермутации, подвергает себя смертельному риску, ибо вероятность возникновения полезной мутации совершенно непредсказуема. А вот то, что все клетки погибнут от длительного накопления вредных мутаций, если адаптивный мутагенез не остановится, предсказуемо однозначно. Как быть?

4

…В прорыв идут штрафные батальоны.

В. Высоцкий

Оказывается, у нерастущей, но гипермутирующей популяции клеток могут быть ещё две стратегии выживания, или, если угодно, два сценария, по которым эволюция пытается ставить свои потрясающие детективы.

Первое. Прекратить адаптивный мутагенез, если за какое-то критическое время он не привёл к возобновлению клеточного роста. При этом многие клетки популяции сохранят жизнеспособность. И если условия среды вдруг изменятся к лучшему, то рост возобновится. Этот сценарий — „предусмотрительная осторожность“.

Сценарий номер два. При стрессе включить адаптивный мутагенез только у малой части клеток популяции; основная же её масса, покуда сохраняя жизнеспособность, должна неопределённо долго ждать, когда (а может, никогда?) внешние условия изменятся к лучшему. Сценарий — „смертельный риск героев“.

Так вот, удивительно или нет (да конечно же неудивительно!), но природа выбрала второй путь, второй сценарий: при стрессе гипермутации происходят только в субпопуляции, то есть в малой части нерастущих клеток. Поэтому полное название этого удивительного явления — „гипермутации в субпопуляции“ (и ещё раз для особо любопытных: см. „Genetics“, 1998, v.148, p.1559). И число этих „рисковых парней“, этих гипермутировавших героев, по одним оценкам, один на 10 000 клеток, по другим — один на миллион. Чем на молекулярном уровне они отличаются от молчаливого клеточного большинства благоразумных обывателей, пока не известно. Может, они самые сильные (ещё достаточно энергии и внутренних ресурсов, чтобы рискнуть), а может, напротив, наиболее ослабевшие, которым нечего терять. Но какими бы они ни были, будем помнить: именно эти герои, рискуя жизнью, идут в разведку новых путей эволюции, и если судьба не повернётся к ним спиной, то они смогут стать родоначальниками нового вида. Хотя за это Звезду героя вряд ли получат. Всё, как в штрафных батальонах.

Тут следует заметить как бы в скобках, что вообще-то открытие адаптивного мутагенеза, который включается, повторим, в условиях, когда организм не может запрограммированно (именно запрограммированно!) ответить на стрессовый вызов внешней среды и, как следствие, прекращает рост, — это весьма принципиальное уточнение самых фундаментальных принципов теории эволюции. Понимали ли это авторы данного открытия? Вам ничего не напоминает название статьи, где впервые описан адаптивный мутагенез: „Происхождение мутантов“ („Nature“, 1988, v.142, p.335; там же см. фамилии группы авторов)? Ну как же — конечно, напоминает: „Происхождение видов“. Эту — правда, не статью, а большую книжищу — написал некто Чарльз Дарвин! Не слабо, да? А ведь термина „мутация“ при Учителе ещё не было. И говорил Дарвин всего лишь (всего лишь!) о вариациях и вариабельности. О том, что они, варианты, возникают случайно и направлены в разные стороны. А о том, как изменения внешней среды влияют на частоту вариабельности, — не говорил. Но, похоже, молчаливо предполагал, что не влияют. Нет, гениальным был Учитель. Провидцем.