Кодекс долголетия. Что заставляет нас стареть, зачем это нужно и как «обмануть» эволюцию: пошаговое руководство

Благодаря энергии, вырабатываемой митохондриями, большие бактерии еще и смогли вырасти намного крупнее: бактерии в тысячи раз меньше, чем обычные клетки организма, из которых состоят люди (а также все растения, животные и грибы). Митохондрии позволили крупным одноклеточным бактериям еще и вырастить клеточный скелет – сложный каркас, состоящих из десятков тысяч соединенных шарнирными механизмами белков, которые заставляют клетку двигаться. Лейкоциты, например, умеют хватать бактерии и вирусы своими щупальцами и поедать их. С помощью клеточного скелета клетки кишечника формируют большие отростки, которые помогают усваивать больше питательных веществ из кишечника. Чтобы клеточный скелет двигался, нужно много энергии (чтобы изменить структуру скелета, АТФ должен прикрепляться ко всем его белкам), и митохондрии дают нам эту энергию.

Отростки наверху клетки – длинные штырьки, состоящие из тысяч белков. Из этих штырьков, нитей и трубочек состоит клеточный скелет.

Благодаря митохондриям клетки стали намного крупнее и сложнее. Без митохондрий жизнь на Земле навсегда осталась бы бактериальной. Некоторые ученые считают, что появление митохондрий – это намного более важное и редкое событие, чем зарождение самой жизни. В конце концов, мы, судя по всему, живем в довольно биофильной вселенной. Это означает, что живым существам не так и сложно появиться из безжизненных элементов. Соберите вместе немного метана, фосфористых минералов и двуокиси углерода, и примерно через неделю спонтанно сформируются аминокислоты – строительные материалы для белков и всех живых существ. Строительные материалы для ДНК находили даже на метеоритах. Более того, недавние исследования показывают, что жизнь может довольно легко зародиться в порах гидротермальных источников на дне океана.

Соответственно, зарождение жизни – это не такое уж и эпохальное событие, но вот зарождение сложных

форм жизни – совсем другое дело. Для этого потребовалось случайное сотрудничество двух бактерий, которое оказалось удачным. Именно так появились митохондрии, а вместе с ними – сложные организмы. Успешное слияние бактерий – это, возможно, куда более редкое событие в истории, чем само зарождение жизни. А еще становится понятнее, почему эволюция жизни на планете была такой медленной. Сама жизнь зародилась очень рано (буквально через несколько сотен миллионов лет после того, как Земля достаточно охладилась, – примерно 3,8 миллиарда лет назад). Но затем понадобилось еще почти два миллиарда лет, прежде чем от бактерий произошли митохондрии. Почти два миллиарда лет самой сложной формой жизни на Земле были бактерии. Это довольно долго. Возможно, в нашей вселенной есть множество планет, изобилующих простыми организмами вроде бактерий, у которых так и не появились митохондрии, так что они не смогли эволюционировать в более сложные организмы, например, медуз или людей.

Митохондрии оказались невероятно важны для истории жизни на Земле. Более того, именно они сделали жизнь конечной, потому что играют важную роль в старении. Все потому, что у митохондрий есть слабое место: ДНК, которую они хранят внутри себя. Митохондриальная ДНК содержит инструкции по сборке и ремонту митохондрий. Но она очень уязвима для повреждений, потому что хранится внутри митохондрий, а это одно из наиболее непригодных мест для хранения ДНК во всей клетке.

Митохондрии – это энергостанции наших клеток; внутри них кипит постоянная, интенсивная химическая активность, в том числе и производство токсичных, вредных, «мусорных» частиц – свободных радикалов. Точно так же, как из угольных электростанций валит токсичный дым, из митохондрий выделяются свободные радикалы. Эти свободные радикалы – маленькие частицы (атомы или молекулы), обладающие большой химической активностью; они прикрепляются к самым разнообразным клеточным структурам и повреждают их. Свободные радикалы реагируют и с митохондриальной ДНК, располагающейся очень близко к месту производства свободных радикалов. Это проблема, потому что митохондриям ДНК необходима, чтобы собирать себя, размножаться (копировать себя) и ремонтироваться. Соответственно, держать уязвимую митохондриальную ДНК внутри митохондрий – не самое лучшее решение. Это примерно то же самое, что держать бумажную инструкцию по эксплуатации сталеплавильной печи, которая постоянно сыплет искрами, рядом с самой печью.

Матушка-Природа тоже это заметила. Именно поэтому в последние два миллиарда лет она постаралась переместить как можно больше частей митохондриальной ДНК (генов) из митохондрий в куда более безопасное место – ядро клетки. Оно далеко от свободных радикалов, которые выделяются митохондриями. Более тысячи митохондриальных генов (частей ДНК, которые содержат коды для выработки белков митохондрий) уже переместили в ядро клетки; исключение составляют 37 генов, кодирующих примерно тринадцать митохондриальных белков. Эти гены до сих пор располагаются в митохондриях, формируя митохондриальную ДНК, уязвимую для повреждений.