Нелинейные процессы, управляющие клеточным делением, добавляют клеточным популяциям непредсказуемости.

Все живые организмы живут в определённой среде, в которой постоянно что-то меняется: температура, влажность, скорость ветра, количество еды и т. д. К той же окружающей среде относятся и другие живые организмы, на которые надо реагировать. И вот популяция какого-нибудь вида, за которой мы наблюдаем, становится то больше, то меньше, в ней получают преимущество особи то с одним вариантом какого-то гена, то с другим вариантом того же гена — всё потому, что меняющиеся внешние условия оказываются то более, то менее благоприятными.

Клетки на разных стадиях деления; синим окрашена ДНК, зелёным — белки цитоскелета. (Фото: ZEISS Microscopy / Flickr.com) 

Непросто предсказать, что будет с группой организмов одного вида, которые живут в реальной постоянно меняющейся среде. Ну а если мы возьмём ту же самую группу (то есть популяцию) и оградим её от всяких превратностей судьбы? Если популяция будет жить без каких-либо соседей, с контролируемой температурой, с контролируемым количеством еды — сможем ли мы тогда предсказать, например, как будет меняться численность особей в этой популяции? Сотрудники Кёльнского университета проделали такой эксперимент и пришли к выводу, что предсказать тут можно разве что хаос, в том смысле, что численность популяции даже при абсолютно контролируемых внешних условиях будет меняться хаотично.

В статье в PNAS исследователи пишут, что в клетке всегда происходит множество нелинейных процессов. В двух словах, нелинейность — это когда результирующий эффект нескольких воздействий не равен сумме эффектов, вызываемых каждым воздействием в отдельности. Такие нелинейности в клетке, в частности, имеют место там, где работают ферменты, управляющие клеточным циклом — то есть подготовкой к делению, удвоением ДНК, собственно делением и т. д. Вероятно, тут всё дело в физико-химических особенностях тех или иных молекул; но, как бы то ни было, даже при абсолютно стабильных внешних условиях, при отсутствии каких-либо соседей, кроме клеток своего вида, численность популяции будет меняться хаотично.

Исследователи построили, во-первых, математическую модель, которая описывает поведение популяции одноклеточных организмов в полностью контролируемых условиях, а во-вторых, поставили настоящие эксперименты с двумя видами одноклеточных эукариот из группы Страменопил. И в теории, и на практике в обеих популяциях имел место динамический, или детерминированный, хаос: можно было заранее сказать, что в ответ на какое-то событие популяция как-то изменится, но вот точно предсказать величину изменения было невозможно.

У многоклеточных организмов, скорее всего, происходит то же самое: клетки тканей и органов несут в себе те же источники хаоса, что и простейшие эукариоты, и этот хаос должен как-то отражаться на изменчивости организмов в целом; впрочем, как именно и насколько он отражается, ещё предстоит оценить. Хотя даже если говорить только об одноклеточных, то стоит вспомнить, что изменения численности популяций важны как для других организмов, живущих рядом, так и для эволюции того вида, чья популяция становится то больше, то меньше. Хаотичность, происходящая из внутриклеточных процессов, может влиять на судьбу видов и изменения в экосистемах.