Расшифрованный код Ледового человека: От кого мы произошли, или Семь дочерей Евы

Каждая митохондрия ограничена двойной мембраной, внутри сложнейшей мембранной структуры находятся все ферменты, участвующие в конечном этапе кислородного обмена. Это то место, где горючее, которое мы поставляем в организм в виде пищи, сгорает в море кислорода. Здесь нет языков пламени, а кислород здесь находится в растворенном виде, однако происходящие здесь процессы вполне сопоставимы с тем, что происходит в газовой горелке или моторе автомобиля, и горение здесь тоже имеет место. Горючее и кислород соединяются и производят энергию. Энергия в горелках, печках и моторах имеет облик тепла и света. Когда топливо сгорает в митохондрии, она не начинает светиться, а вот тепло выделяется — часть того тепла, которое дают митохондрии, расходуется на поддержание температуры тела. Однако основной продукт — это высокоэнергетичные молекулы вещества, которое называется АТФ; оно-то используется организмом практически повсюду, от сокращения сердечной мышцы до процессов в нервных окончаниях сетчатки ваших глаз, которые сейчас читают эту страницу, и клеток вашего мозга, которые обрабатывают полученную от глаз информацию.

В глубине каждой митохондрии имеется крошечный фрагментик ДНК, мини-хромосома, длина которой очень мала — всего шестнадцать с половиной тысяч оснований. Это действительно очень мало по сравнению с хромосомами ядра, содержащими три тысячи миллионов оснований. Сам по себе факт наличия ДНК в митохондрии оказался для всех полной неожиданностью. Но к тому же она весьма необычна во всех отношениях. Начнем с того, что двойная спираль этой ДНК замкнута в окружность. Циркулярные хромосомы известны у бактерий и других микроорганизмов, но в многоклеточных организмах и тем более у человека их нет. Следующий сюрприз состоит в том, что генетический код в митохондриальной ДНК слегка отличается от кода в ДНК ядерных хромосом. Митохондриальные гены содержат код участвующих в обработке молекул кислорода ферментов, тех самых, которые трудятся в митохондрии. Однако многие гены, управляющие процессами, происходящими в митохондриях, надежно внедрены в хромосомы ядра.

В чем причина таких странностей? Современное объяснение звучит фантастично. Есть гипотеза, согласно которой митохондрии некогда были свободно живущими микроорганизмами, которые очень давно, сотни миллионов лет назад, внедрились в более развитые клетки и стали жить в них. Можно назвать их паразитами, а можно сказать, что возник симбиоз, в котором клетки и митохондрии стали полезными друг для друга. Клетки получили громадную выгоду — способность использовать кислород. Ведь с помощью кислорода можно производить гораздо больше молекул АТФ, чем без него. В свою очередь митохондрии, очевидно, сочли жизнь внутри клетки более удобной, чем самостоятельное существование в среде. Постепенно, за миллионы лет, некоторые митохондриальные гены перекочевали в ядро клетки и остались там. Это значит, что отныне митохондрии стали пленницами клеток и не могут перейти к свободному образу жизни, даже если бы захотели. Их существование в клетке узаконено и закреплено генетически. Даже сейчас можно видеть следы неудавшихся попыток обмена генами между митохондрией и ядром. Ядерные хромосомы изобилуют фрагментами — обломками митохондриальных генов, которые перебрались в ядро в ходе эволюции. Они не в состоянии принимать участия ни в какой деятельности, потому что эта их целостность нарушена. Так что они просто «сидят» там, словно молекулярные ископаемые, напоминания о неудачных перемещениях, происходивших в далеком прошлом.

Митохондрии имеют и еще одну уникальную черту. В отличие от ДНК в хромосомах ядра, которая достается нам в наследство от обоих родителей, митохондрии каждый из нас получает только от одного из родителей — от матери. Цитоплазма человеческой яйцеклетки буквально набита ими — она содержит четверть миллиона митохондрий. Клетки же спермы бедны митохондриями — их буквально несколько штук, ровно столько, чтобы сперматозоиду хватило энергии доплыть до яйцеклетки и проникнуть в нее. После успешного оплодотворения сперматозоид, доставивший к пункту назначения свой набор ядерных хромосом, больше в митохондриях не нуждается, и они отбрасываются вместе с хвостом-жгутиком. В располневшей оплодотворенной яйцеклетке теперь содержится ядерная ДНК, полученная от обоих родителей, но при этом единственные митохондрии в ее цитоплазме — те, что находились там все время, и все они попали туда от матери. Вот по этой простой причине митохондриальная ДНК всегда наследуется по материнской линии.