В 1755 году немецкий ученый Рёзель фон Резенхоф увидел под микроскопом крохотное, в несколько миллиметров, одноклеточное существо, которое отличалось от всех других одноклеточных поразительным умением непрерывно менять свою форму. За это умение он назвал его «Маленьким Протеусом», в честь древнегреческого божества, обладавшего такой же изменчивой внешностью. Позже великий классификатор Карл Линней переименовал это существо в «Хаотическую водоросль», но поскольку водорослей и без того было множество, Иозеф Лейди в 1879 году дал ему третье название «Амеба изменчивая» (что, кстати, было явным излишеством, потому что слово «амеба» само по себе означает «изменчивый»).

К тому времени уже было известно, что имеется множество разновидностей таких существ, от «гигантских», как «Маленький Протеус», до крохотных, в доли миллиметра. Они встречаются во всем мире и в самых разных жизненных нишах - в пресной воде, в воде океана, в капельках росы на листке и в комочках грязи на поле. Они неприхотливы: встретив пищу (другое одноклеточное или микроскопического размера многоклеточное существо), протягивают ложноножку, этакий вырост собственного тела, обволакивают добычу и втягивают внутрь своей пищеварительной вакуоли. Именно за эти ложноножки амеба и получила все свои названия: поскольку она довольно быстро и часто выдвигает их в разных направлениях, форма ее тельца непрерывно и причудливо меняется

Эти ложноножки служат амебе также органами движения. Есть у нее еще один замечательный орган – сократительная вакуоль (у больших амеб их даже несколько). С ее помощью амеба периодически освобождается от лишней воды. Вода, окружающая амебу, обычно содержит меньше разных ионов, чем нутро амебы, и поскольку всякая жидкость имеет стремление уравнивать в себе эту ионную концентрацию, вода устремляется внутрь амебы через ее полупроницаемую оболочку. Чтобы не лопнуть от избытка воды, амеба выделяет лишнюю воду в сократительную вакуоль, которая затем сжимается и «изрыгает» всю эту воду наружу. Эти циклы повторяются раз за разом, как наше дыхание.

Хотя на первый взгляд кажется, что амеба простейшее из простейших, но, как и во всех формах жизни, от малых до огромных, в ней, при внимательном рассмотрении, тоже обнаруживаются сложнейшие чудеса эволюции. Амебы, например, способны лгать, точнее – обманывать себе подобных. Это было обнаружено при изучении амеб под названием Диктиостелиум, сокращенно Дикти. Дикти живут во влажной почве и в слоях влажных листьев под деревьями. Эти амебы – существа социальные: когда в данном месте им не хватает пищи (а питаются они, в основном, разного рода бактериями), они объединяются для совместного поиска добычи.

Происходит это так: с наступлением голода в амебах начинается выработка особых клейких белков, с помощью которых они слипаются друг с другом, образуя этакий плоский «листок». Листок этот способен ползти по почве, в сторону света и тепла, все время выдвигая вперед одну ложноножку и подтягивая к ней остальное тело. Если такая колония-листок находит богатое бактериями место, он распадается на отдельные амебы. Если же нет, то закрепляется в достаточно сухом месте и начинает расти вверх, образуя тонкие стебелечки, на конце которых образуются т.н. «плодовые тела». Каждое такое тело – это шарик, состоящий из спор всех тех амеб, из которых вырос данный стебелек.

Сами амебы, отдав шарику свою спору, погибают. Зато споры потом созревают, разносятся ветром и дают начало дочерним амебам. Такой вот цикл бесполого размножения. Вроде бы простой и бесхитростный: каждая погибшая амеба посылает в шарик одну спору, из которой затем получится ее дочь. Если же шарик образуется амебами двух слегка отличающихся разновидностей «дикти», то в нем будет 50% спор одной разновидности и 50% другой; если трех – то по 33% от каждой и так далее. Честный дележ.

Но – не всегда! Как я уже сказал, некоторые разновидности «Дикти» способны лгать! В самое трудное время, когда идет борьба за выживание, они начинают обманывать своих друзей по несчастью, посылая в плодовое тело больше своих спор, чем все другие. Это было обнаружено еще в 2000 году. Тогда ученые нашли разновидность «Дикти», которую они назвали «Обманщица А». Когда эта разновидность создавала плодовые тела вместе с другой, «честной» амебой, в таком шарике оказывалось 60% спор «обманщицы» и всего 40% «честных» спор. Но «Обманщица А» оказалась ограниченной в своей способности лгать. Оказалось, что она не может самостоятельно создавать плодовые тела, а значит - нуждается в существовании амеб других разновидностей, которые бы ей помогали. Поэтому она не может полностью вытеснить с лица земли все другие разновидности «дикти».

Но вот в 2008 году выдающиеся амебоведы Квеллер и Штрассман произвели изучение всего генома «Дикти» и обнаружили, что в нем есть 180 таких генов, мутации которых дают амебе способность «лгать безнаказанно». В 2013 году эти же ученые искусственно создали одну такую мутацию (она «выключала» свой ген из работы полностью) и обнаружили, что амеба-носительница такой мутации (они назвали ее «Обманщица Б») не только дает 60% своих спор в шарик, созданный в сотрудничестве в другой амебой, но вдобавок способна создавать плодовые тела вообще в одиночку! И в результате, крохотная амеба поставила перед учеными большую научную загадку: почему, обладая такой способностью, она до сих пор не вытеснила из природы все другие разновидности «Дикти»?!

В тесной связи с этой особенностью амеб находится другое поразительное их свойство – способность создавать своего рода «фермы» для выращивания бактерий. Когда сотни и тысячи амеб Дикти слипаются вместе перед отправкой в поход, они обязательно берут с собой запас своих любимых бактерий. Где они их прячут в походе, непонятно, но в 2011 году Дебра Брок обнаружила, что когда эти амебы находят подходящее место и начинают создавать плодовые тела на стебельках, споры в эти шарики приходят с прилипшими к ним бактериями. И потому, когда эти споры созревают и разносятся ветром в другие места, там начинают размножаться не только дочерние амебы, но и бактерии, которые послужат им пищей. Иными словами, рядом с колонией дочерних амеб сразу же образуется «ферма» съедобных бактерий.

Не правда ли, чистая фантастика! Но у этой фантастики оказалось еще более удивительное продолжение. Два года назад американская исследовательница Ди Сальво (из группы уже упомянутых Квеллера и Штрассмана) заинтересовалась: почему голодные амебы берут с собой запас бактерий, а не пожирают их все перед отправкой в поход? Ведь не думают же они о будущем, в самом деле?! Ди Сальво решила детально изучить весь набор бактерий, идущих в поход вместе с амебами. И обнаружила странное явление: каждая разновидность Дикти оставляла себе для похода (и для будущей фермы) какие-то свои бактерии, характерные именно для этой разновидности. Но выявилась одна бактерия, которую все они не съедали.

Эта несъедобная для амеб бактерия – Буркхолдерия (по имени открывшего ее в 1949 г. американского ученого) – давно была известна ученым своей повышенной склонностью к симбиозу с другими организмами. Если она «прилипает», например, к клеткам человеческих легких, то вызывает пневмонию и кистозный фиброз, если к клеткам насекомых, то делает их резистентными к инсектицидам и так далее, начать – не исчислить «заслуг». А вот амеб вида Дикти она награждает неспособностью есть их обычную пищу – и тогда они берут эту пищу с собой и потом разводят ее в своих «фермах».

Ди Сальво изящно доказала это, найдя не склонную к «фермерству» разновидность Дикти и заразив ее Буркхолдерией – амебы сразу стали отменными «фермерами». А как только она уничтожала этого «дирижера» с помощью антибиотиков, амебы снова теряли склонность к запасанию бактерий в своих плодовых телах. Интересно, что симбиоз амеб с Буркхолдерией зависит от «контекста, то есть от окружающих условий. Если пищи вокруг достаточно, то амебы-«фермеры» производят меньше спор, чем «не-фермеры», если пищи мало – фермеры производят больше спор и соответственно появляется все больше новых амеб-фермеров. Так маленькая амеба напомнила ученым о важном свойстве всякого симбиоза – о его «контекстуальности».

Список «амебных чудес» далеко не исчерпывается способностью лгать и выращивать себе пищу. Хорошим свидетельством этому является, например, живущая в пресных водах Паулинелла Хроматофора. Эта амеба была открыта давно, еще в 1895 году, немецким ученым Лаутерборном. Он сразу заметил – трудно было не заметить - внутри этой амебы огромную, зеленого цвета бактерию. Именно поэтому он назвал ее «Хроматофорой», т.е. «несущей цвет». Эта бактерия была очень похожа на те зеленые вкрапления в клетках растений и зеленых водорослей - т.н. «пластиды», или хлоропласты, - которые придают этим клеткам способность к фотосинтезу, т.е. к поглощению углекислого газа и выработке из него кислорода с помощью энергии солнечного света.

Пластиды содержат способные к фотосинтезу пигменты, сочетания которых к тому же придают растительным клеткам тот или иной цвет. Сегодня ученые считают, что пластиды всех современных растений – это потомки какой-то одной цианобактерии, которая была поглощена какой-то растительной клеткой 1-1.5 млрд лет назад. То было событие грандиозного значения, потому что растения, обретя способность к фотосинтезу, стали вырабатывать кислород в таком количестве, что 600 млн лет назад стало уже возможным появление первых животных. Животные клетки тоже прошли через такое событие – об этом говорит наличие у всех у них т.н. митохондрий, которые сейчас являются главными фабриками энергии в этих клетках, а произошли, по-видимому, из одной какой-то бактерии, поглощенной одной какой-то животной клеткой сотни млн лет назад.

 И вот на фоне этих представлений об эволюции вдруг обнаруживается какая-то примитивная амеба с зеленой цианобактерией внутри. И она тоже оказывается способной к фотосинезу. А в 2007 году американская исследовательница Ева Новак, изучив эту бактерию и ее гены, со всей научной строгостью доказала, что бактерия эта была поглощена всего 100 (а может и 60) млн лет назад! И таким образом скромная Паулинелла Хроматофора нарушает прежнюю стройную картину зарождения эндосимбиоза как уникального, одноразового и очень-очень древнего события.

Но мало того. Как вскоре выяснилось, она живет также вопреки т.н. «храповику Мюллера», которому подчиняются все другие эндосимбионты. Дело в том, что бактерии, будучи поглощены, лишаются возможности обновлять свои гены путем обмена с себе подобными, как они это делают «на воле». И тогда неизбежная (в силу накапливающихся мутаций) потеря генов грозит смертью пластида или митохондрии. Иными словами, мутации в неволе работают по закону храповика – только в одну сторону, в сторону разрушения.

Ученые по сей день ломают головы, выясняя, какие биохимические процессы в клетке помогают ее пластидам или митохондриям обойти этот «храповик Мюллера». А из исследований, проведенных той же Новак в 2016 году, следует, что простенькая амеба делает это легко и непринужденно. Всякий раз, когда ее бактерия утрачивает какой-нибудь ген, амеба находит аналогичную свободную цианобактерию и, мягко говорят, заимствует у нее (или попросту говоря – ворует) недостающий ее сожителю ген. А во многих случаях она даже ворует у таких свободных бактерий гены для самой себя! Растения и животные до этого не додумались, а амеба – пожалуйста!

 Вот так. Мало того, что амебы умеют лгать – они, оказывается, умеют и воровать. Они еще много чего умеют и в том числе, к нашему сожалению, вызывать у людей кучу болезней, от амебной дизентерии до амебного менингоэнцефалита. А несколько лет назад, гигантские многоядерные объединения амеб, т.н. слизневики, произвели сенсацию своей способностью прокладывать систему кратчайших путей к точкам, где для них положена пища, что, понятно, заставило кое-кого заговорить даже о «разуме» слизневиков (который, якобы, таится в тех белковых трубочках, что образуют их внутренний «скелет»).

Но мы не будем рассказывать обо всем этом. Curiosi sat, что (на моей латыни) означает: «любознательному достаточно».  

Рафаил Нудельман

"Окна", 16.02. 2017

http://madan.org.il/ru/gruppy/fourth-dimension