Многоклеточность и мутационный риск
По определению, мутационные изменения соматических клеток имеют тот же характер, что и подобные изменения половых клеток. М.Бернет, предполагая, что частота мутаций для половых и соматических клеток имеет один уровень, использует следующий расчет.
Ежедневно у человека вступает в митоз от 1011-1012 клеток. Какое-либо мутационное изменение должно встречаться с частотой 10-6 на репликацию. Из этого следует, что в одной генетической смене клеточного пролиферирующего пула, происходящей ежедневно, должно накапливаться количество мутаций, равное 105.
Если принять, что в одной клетке происходит только одно мутационное событие, то к зрелому возрасту (приблизительно к 27 годам; 10000 дней) в организме человека должно накопиться около 109 мутантных клеток.
Цифра значительно занижена, так как выведена без учета более интенсивных пролиферативных процессов в эмбриональном и раннем постнатальном периодах развития.
Подобный уровень мутационных нарушений слишком велик, чтобы не приносить ущерба сбалансированной системе целого организма. Особенно следует помнить, что некоторые мутации могут привести к интенсивной клеточной пролиферации, значительно превышающей скорость нормальных пролиферативных процессов.
При рассмотрении вопросов о механизмах защиты индивидуального генотипа следует обратить внимание еще на один факт.
Злокачественные новообразования являются основным заболеванием, причину возникновения которого, помимо прочего, связывают с мутационными нарушениями в соматических клетках. И это заболевание имеет статистически достоверное возрастное распределение. Например, наибольшая встречаемость различных форм неоплазм у человека отмечается после 40 лет.
Естественно предположить, что подобное явление не зависит от увеличения частоты мутаций с возрастом. Напротив, так как по мере старения скорость пролиферативных процессов снижается, вероятность ошибок падает. Остается допустить возрастное подавление эффективности механизмов, элиминирующих измененные клетки.
Ясно, что уровень мутационного риска тем выше, чем из большего количества соматических клеток состоит определенный организм.
Тем не менее эволюционное возникновение многоклеточных организмов от одноклеточных объясняют тем, что возможности многоклеточного организма по сравнению с одноклеточным предшественником значительно шире в его борьбе за существование.
Процесс развития многоклеточных шел как по пути увеличения абсолютного количества соматических клеток, так и по пути усиления специализации и дифференцированности отдельных групп клеток. Своего совершенства этот прогрессивный процесс достиг у позвоночных животных.
Однако увеличение числа соматических клеток у эволюционирующих форм жизни шло параллельно с усилением мутационной опасности для клеток тела и, следовательно, всего организма в целом, поскольку мутационный риск является следствием возникновения и развития многоклеточности. Он выражает собой как бы дань за те преимущества, которые получают многоклеточные формы в их борьбе за существование.
На рис. 20.13 показана иллюстрация высказанного положения. Если представить себе гипотетический ряд животных, у которых число возобновляющихся за единицу времени клеток от одного представителя к другому увеличивается на порядок, то в начале ряда будут стоять одноклеточные (предположим, это обыкновенная амеба), а в конце ряда - человек, имеющий до 1014 соматических клеток, из которых ежедневно возобновляется от 1011 до 1012 клеток.
Мутационный риск для животных, организм которых содержит то или иное количество делящихся клеток, будет выражаться произведением частоты мутаций (n) на число возобновляющихся клеток тела (Z):
МР = nZ, где "МР" - величина мутационного риска, а "n" - частота мутаций, равная 10-6.
Следует подчеркнуть, что эта величина выводится только для одной смены клеточной генерации.
Из рисунка видно, что риск мутационного поражения возрастает по мере увеличения количества делящихся клеток.
Так, для животных, имеющих незначительное число возобновляющихся клеток (от 1 до 105), мутационный риск будет величиной отрицательной. Потребуется несколько полных смен клеточных поколений (20-4), чтобы возникла одна мутационно измененная клетка. У животных с большим числом возобновляющихся клеток (от 106 до 1011) мутационный риск представляет собой положительную величину. Уже при смене только части делящихся клеток возникнут мутантные клеточные формы.
Появление многоклеточных стало важным арогенным преобразованием в природе. Быть многоклеточным с обилием хорошо дифференцированных клеток полезно для вида. Разнообразие функций, выполняемых отдельными специализированными клеточными популяциями и взаимная связь между клетками, определяющая организм как единую систему, становится результатом прогрессивной эволюции.
Собственно два показателя: увеличение абсолютного числа клеток и их все увеличивающаяся специализация - являются наиболее демонстративными признаками морфо-функционального прогресса в мире животных. Однако быть эволюционно развитым организмом с астрономическим числом высокодифференцированных клеток также и крайне опасно. Эта опасность кроется в самом факте многоклеточности, в неизбежности сопутствующего мутационного риска.
Ясно, что природа должна была выработать механизм, препятствующий накоплению мутантных клеток.
Смотрите также:
