Как митохондрии проходят через бутылочное горлышко? Митохондрий в каждой клетке немного, а значит, все они с высокой долей вероятности имеют гены с одинаковыми последовательностями. Кроме того, каждая митохондрия имеет только одну копию хромосомы, а не пять или шесть, как обычно. Это значит, что дефектная митохондрия никак не может скрыть свою несостоятельность. Ее тут же выведут на чистую воду: недостатки будут замечены, клетка погибнет. Как только бутылочное горлышко осталось позади, следующий шаг — это увеличение числа митохондрий. После того как установлено соответствие между единственным клоном митохондрий и ядерными генами, необходимо протестировать, насколько хорошо они работают вместе. Для этого клетки и их митохондрии должны делиться, а это зависит и от митохондриальных, и от ядерных генов. В электронный микроскоп поведение митохондрий выглядит поразительно — они окружают ядро, как бусы. Кажется, что такая удивительная конфигурация должна означать, что между митохондриями и ядром происходит какой-то диалог, но мы пока не знаем, о чем они беседуют.

Размножение ооцитов в эмбрионе на протяжении первой половины беременности приводит к тому, что их число возрастает от 100 после трех недель развития до 7 миллионов после пяти месяцев (примерно в 2¹⁸ раз). Число митохондрий в одной клетке возрастает до примерно 10 тысяч, то есть всего во всех клетках зародышевой линии их 35 миллиардов (увеличение в 2²⁹). Число копий митохондриального генома резко увеличивается. Затем происходит какой-то отбор. Как именно он работает, неизвестно, но на момент рождения число ооцитов падает с 7 миллионов до примерно 2 миллионов, то есть без толку пропадают 5 миллионов (почти три четверти) ооцитов. Темпы потери ооцитов снижаются после рождения, но к началу менструаций их остается только около 300 тысяч, а к сорока годам, когда фертильность ооцитов резко падает, остается только 25 тысяч. После этого их число экспоненциально снижается до менопаузы. За время репродуктивной жизни женщины из миллионов ооцитов эмбриона овулируют только около 200. Трудно не предположить, что имеет место какая-то конкуренция и что только самые лучшие клетки становятся зрелыми ооцитами.

Действительно, есть указания на то, что тут не обходится без очищающего отбора. Я уже упоминал, что половина незрелых ооцитов в яичниках здоровой женщины содержит ошибки в митохондриальных последовательностях. Только малая часть этих незрелых яйцеклеток достигает зрелости, и только несколько из них успешно оплодотворяются, образуя эмбрион. Как происходит отбор на лучшие яйцеклетки, неизвестно, но известно, что процент митохондриальных ошибок у ранних эмбрионов снижается примерно до 25 %. Половина митохондриальных ошибок была отбракована, а значит, наверное, произошел какой-то отбор. Кроме того, многие эмбрионы тоже погибают (большинство — в первые недели беременности). Причины опять-таки неизвестны. Тем не менее известно, что встречаемость митохондриальных мутаций у новорожденных младенцев составляет лишь малую часть их встречаемости у ранних эмбрионов, и это наводит на мысль о том, что часть митохондриальных ошибок была отбракована. Есть и другие косвенные свидетельства митохондриального отбора. Не исключено, например, что отбор ооцитов действует «по доверенности» естественного отбора вообще, позволяя избежать дорогостоящих вложений в создание взрослой особи. Тогда можно ожидать, что виды, которые вкладывают значительные ресурсы в маленькое число потомков, будут иметь самые лучшие «фильтры» качества ооцитов, потому что таким видам есть что терять, если ооциты окажутся плохими. Такое впечатление, что это действительно так. Виды с минимальным числом детенышей в помете имеют самое узкое «бутылочное горлышко» (наименьшее число митохондрий в незрелом ооците) и самое значительное выбраковывание ооцитов во время развития.

Хотя мы не знаем, как именно действует такой отбор, ясно, что ооциты, не прошедшие строгий контроль, погибают путем апоптоза, и митохондрии явно вовлечены в этот процесс. Спасти приговоренный к смерти ооцит можно, просто впрыснув в него несколько дополнительных митохондрий. Это и лежит в основе метода переноса ооплазмы, который мы упоминали на с. 272. Раз уж такой грубый маневр может защитить от апоптоза, то, скорее всего, судьба ооцита действительно зависит от его обеспеченности энергией. И правда, существует общая корреляция между уровнями АТФ и потенциальной возможностью нормально развиваться. Если уровни энергии слишком низкие, из митохондрий выходит цитохром с, и ооцит совершает апоптоз.

В целом есть много увлекательнейших данных о том, что ооциты проходят отбор на лучшую систему двойного контроля митохондриальных и ядерных генов, хотя прямых доказательств этого пока что очень мало. Это настоящая наука XXI в. Но если будет показано, что ооциты служат полигоном для тестирования командной работы митохондрий и ядерных генов, то это станет хорошим подтверждением того, что два пола нужны для обеспечения безупречного соответствия между ядром и митохондриями. После тщательного отбора ооцитов на хорошую работу митохондрий нам вовсе не нужно, чтобы в эти интимные отношения вмешалась неуправляемая толпа митохондрий из сперматозоидов, адаптированных к работе с совсем другими ядерными генами[68].

Отношения между митохондриальными и ядерными генами в ооцитах пока изучены плохо, но про такие отношения у более старых клеток мы знаем несколько больше. У стареющих клеток митохондриальные гены накапливают новые мутации, и двойной геномный контроль постепенно выходит из строя. Дыхательная функция нарушается, утечка свободных радикалов возрастает, повышается вероятность апоптоза. Эти микроскопические изменения усугубляются по мере старения. Наша энергия постепенно иссякает, мы становимся легкой добычей самых разных болезней, наши органы сморщиваются и усыхают. В части 7 книги мы увидим, что митохондрии играют ключевую роль не только в начале, но и в самом конце нашей жизни.

Старение и смерть. Митохондрии делятся или погибают в зависимости от исхода их взаимодействий с ядром

Бессмертные эльфы в бессмертной эпопее Толкина на самом деле смертны, как любой из нас. Они гибнут на поле боя целыми армиями. Однако они не стареют или почти не стареют. Владыке Раздола Элронду было несколько тысяч лет, перед этим меркнет даже библейская продолжительность жизни. Давайте заглянем в книгу: «По лицу Элронда возраст не угадывался: оно, вероятно, казалось бы молодым, если б на нем не отпечатался опыт бесчисленных — и радостных, и горестных — событий. На его густых пепельных волосах неярко мерцала серебряная корона…»[69]

Что это — красивая выдумка? Может быть, и нет. Старение и сопутствующие ему болезни — проклятие западного мира, но не общий закон природы. Многие гигантские деревья, например, живут тысячи лет. Я согласен, что люди — не деревья, и в любом случае дерево во многом состоит из мертвой опорной структуры. Хорошо, тогда давайте посмотрим на птиц. Попугаи живут больше ста лет, альбатросы — больше ста пятидесяти. Многие чайки доживают до семидесяти-восьмидесяти лет без явных признаков старения. Есть две знаменитые фотографии шотландского зоолога Джорджа Даннета с глупышом (Fulmarus glacialis), которого он поймал и окольцевал на Оркнейских островах. На первой фотографии, снятой в 1952 г., красивый молодой человек с копной темных волос держит красивую молодую птицу. На второй фотографии, снятой в 1982 г., профессор Даннет держит того же окольцованного глупыша (ему повезло повторно отловить его тридцать лет спустя). Видно, что Даннет постарел, а вот птица, насколько можно судить, нисколько не изменилась. К сожалению, мне не удалось ее увидеть, но говорят, что есть и третья фотография Даннета с тем же глупышом. Она сделана в 1992 г., за два года до того, как один из них скончался после продолжительной болезни. Покойтесь с миром, профессор Даннет.