6. Системы распознавания "своих" и "чужих" в исторической перспективе
Возможно, "иммунологические" механизмы формирования репродуктивных предпочтений и изоляции имеют весьма древнюю историю и берут свое начало от самых первых, возникших еще на заре жизни систем распознавания "своих" и "чужих".
Способность к различению "своего" и "чужого" – одно из фундаментальных свойств живых систем. По мере усложнения системы растет и сложность задачи распознавания. На уровне матричного синтеза и гомологичной рекомбинации "узнавание своего" может происходить в известной мере автоматически, на основе свойства комплементарности. На организменном уровне алгоритм "узнавания" должен включать восприятие информации о статусе партнера и ее сравнение со своим собственным статусом. У более сложных организмов задача адекватной оценки своего собственного статуса сама по себе становится достаточно сложной и требует создания некой модели, или "образа самого себя". У высших животных такой моделью является набор антител иммунной системы. Он является как бы обратным слепком собственного набора антигенов, то есть, фактически, отражением генетического и биохимического статуса организма. Этот "слепок" может успешно использоваться для идентификации и оценки чужеродных объектов разного рода: от вирусов и бактерий до потенциальных половых партнеров.
Рассмотрим основные этапы развития систем распознавания "своего" и "чужого" в ходе эволюции.
Прокариоты. Обмен генетическим материалом у прокариот в большинстве случаев происходит только между близкородственными штаммами, хотя в последнее время чаще обсуждается как раз менее типичное явление - генетический обмен между неродственными формами. Реально доля генов, приобретенных путем такой "отдаленной гибридизации", в геномах изученных бактерий и архей не превышает 15% у свободноживущих форм и 8-9% у паразитических (Шестаков, 2003).
У прокариот есть несколько способов обмена генетическим материалом. Это, прежде всего, конъюгация ("половой процесс"). Конъюгация часто контролируется не самим микроорганизмом, а мобильными генетическими элементами – плазмидами, самостоятельными фрагментами ДНК, не обязательными для жизни клетки. Однако именно плазмиды во многих случаях кодируют белки, необходимые для конъюгации. Во время конъюгации генетический материал передается однонаправленно – от клетки-донора клетке-реципиенту. Если конъюгация индуцирована плазмидой, то сначала в клетку-реципиента переходит сама плазмида, а уже потом может перейти и часть собственного генетического материала донора. Перед началом конъюгации бактерии вступают в контакт при помощи специальных "отростков" – пилей (белки пилей тоже часто кодируются плазмидами, а не "основным" геномом бактерии). При этом, по-видимому, происходит "оценка" партнерами друг друга, распознавание по принципу "свой – чужой", в котором участвуют компоненты пилей (см., напр., Anthony et al., 1994). У некоторых бактерий конъюгация индуцируется специальными сигнальными пептидами – половыми феромонами, выделяемыми клеткой – будущим реципиентом. Феромоны воспринимаются другими клетками, несущими конъюгационную плазмиду – будущими донорами (Maqueda et al., 1997). Восприятие феромонов и реакция на них строго специфичны (каждая плазмида реагирует только на "свой" феромон) (Dunny et al., 2001).
Другой способ обмена - вирусная трансдукция. Специфичность в выборе реципиента в этом случае определяется только избирательностью вирусов.
Трансформация (поглощение чужой ДНК из среды) – третий способ генетического обмена у прокариот. Для успешной трансформации бактерия-реципиент должна прийти в состояние "компетентности". Переход в это состояние может происходить в ответ на присутствие в среде специфических сигнальных пептидов (Morrison, Lee, 2000), что говорит о том, что, возможно, какие-то механизмы различения "своих" и "чужих" действуют и в этом случае.
Во многих случаях чужеродная ДНК, попавшая в цитоплазму бактерии, уничтожается специальными ферментами-рестриктазами. Высокое сходство нуклеотидных последовательностей "чужой" и "своей" ДНК повышает вероятность успешной рекомбинации, т.е. включения чужой ДНК в геном реципиента вместо гомологичного участка его собственной хромосомы. В этом особенно ярко проявляется принцип различения "своего" и "чужого".
Таким образом, различные системы распознавания своих и чужих сложились уже у прокариот. Не исключено, что уже в прокариотной биосфере (в архее и раннем протерозое) эти древнейшие механизмы формирования "половых предпочтений" уже были важным фактором, обеспечивающим, во-первых, рост биоразнообразия, во-вторых - сохранение его дискретности.
Вместе с тем у прокариот обмен генами между отдаленными в таксономическом отношении организмами – явление достаточно распространенное. Предполагают, что в природе практически любая генетическая информация может быть перенесена от одного вида прокариот к другому, если не прямо, то через посредников (Гусев, Минеева, 1992). Это сильно "размывает" дискретность таксонов прокариот и в какой-то степени ограничивает возможности их диверсификации. Это должно было снижать темп эволюции в прокариотной биосфере (Rudi et al., 1998).
Протисты. С появлением эукариот, способных к настоящему половому процессу (слиянию гамет), механизмы репродуктивной изоляции, основанные на различении своих и чужих, получили дальнейшее развитие. Ясно, что слияние гамет неродственных форм приводило бы к еще более непредсказуемым и, в общем случае, вредным последствиям, чем обмен плазмидами и отдельными фрагментами хромосомы между неродственными видами прокариот.
Показано, что одноклеточные эукариоты способны отличать "свое" от "несвоего" даже на уровне разных особей одного вида. Если у раковинной амебы Arcella polypoda отрезать псевдоподию, то при восстановлении контакта с клеткой она быстро прирастает обратно. Если же приложить отрезанную псевдоподию к другой особи того же вида, срастание иногда происходит, а иногда нет. Если культивировать потомков одной особи в разных условиях в течение недели, отрезанные части их клеток теряют способность срастаться между собой (Reynolds, 1924). Это очень напоминает описанные выше результаты опытов с насекомыми, когда культивирование в разных условиях приводило к развитию репродуктивной несовместимости.
Пересадка ядер между представителями разных видов амеб и инфузорий приводит к гибели организмов; такие же пересадки в пределах одного вида проходят благополучно и не сказываются на жизнеспособности клеток (Галактионов, 1995).
Многоклеточные. В результате перехода к многоклеточности организмы столкнулись сразу с несколькими новыми проблемами. Им нужно было не только поддерживать целостность и дискретность своего вида, ограничивая приток чужих генов извне, но и заботиться о целостности организма, представлявшего собой поначалу слабо дифференцированный конгломерат полуавтономных модулей – клеток, еще недавно бывших самостоятельными организмами. Для первых примитивных многоклеточных развитие и усиление "тяги к своим" и "отторжения чужих" (в том числе собственных клеток, изменившихся в результате соматического мутирования) было чрезвычайно актуальной задачей.
"Тяга к своим" у низших многоклеточных показана в экспериментах с губками, клетки которых способны воссоединяться после искусственного разделения. Причем, если перемешать разрозненные клетки губок, относящихся к двум разным видам, то они сползаются в отдельные конгломераты в строгом согласии со своей видовой принадлежностью (Moscona, 1968; Muller, 1982).
Что касается "отторжения чужих", то проблема усугублялась тем, что крупные многоклеточные организмы представляли собой весьма удобную и во всех отношениях "перспективную" среду обитания для прокариот и протистов, которые, конечно, не преминули воспользоваться представившейся возможностью и принялись обживать новые "биотопы". Тут-то и пригодились многоклеточным унаследованные ими от предков молекулярные средства распознавания своих и чужих. По-видимому, иммунная система развилась в значительной степени на основе именно этих "средств". Это подтверждается анализом распространения белковых доменов в трех надцарствах живой природы (Archaea, Bacteria, Eukaryota). Оказалось, что многие домены, функционирующие в иммунной системе многоклеточных, имеют бактериальное происхождение. Функции этих доменов у бактерий в большинстве случаев, по-видимому, были связаны с регуляцией взаимоотношений между организмами - компонентами микробных сообществ, в том числе, возможно, с различением своих и чужих (Марков, Куликов, в печати).
Неспецифические, т.е. не модифицируемые в течение жизни взрослого организма, средства иммунной защиты имеются у всех многоклеточных животных. Например, уже у губок и кишечнополостных имеются макрофагоподобные клетки, выполняющие функции иммунной защиты – блуждающие амебоциты. (Галактионов, 1995). Эксперименты на губках показали, что у них, по-видимому, существуют довольно сложные механизмы различения "своего" и "чужого", которые отсутствуют на ранних стадиях онтогенеза (у личинок), но имеются у взрослых особей. Личинки губок, даже произошедшие от разных родителей, способны сливаться по нескольку штук в единую химерную личинку, которая нормально метаморфизирует и превращается в жизнеспособную взрослую губку (Fry, 1971; Ilan, Loya, 1990). Фрагменты двух разных особей взрослых губок, вступая в контакт (в эксперименте или, например, в результате шторма) обычно не срастаются (происходит отторжение), тогда как фрагменты, взятые от одной и той же особи, срастаются хорошо (Smith, Hildeman, 1986; Ilan, Loya, 1990). Это означает, что уже у губок, в точности как и у высших многоклеточных, в течение онтогенеза формируется способность отличать свой собственный набор антигенов от чужого, т.е. формируется своего рода иммунологическая модель (образ) самого себя. Развитие способности отличать "свое" от "чужого" в ходе онтогенеза ("ювенильная иммунологическая некомпетентность") показано и у других низших многоклеточных, а именно у кораллов (Hidaka, 1985) и гидроидов (Schijfsma, 1939).
Для "иммунологического тестирования" брачных партнеров вполне достаточно средств неспецифической иммунной защиты, которые формируются в ходе онтогенеза и содержат в себе в виде "обратного слепка" информацию о собственных антигенах организма. Однако развитие более сложного механизма специфического иммунитета дает, по-видимому, еще более широкие возможности в этом отношении.
Традиционно считалось, что средства специфической иммунной защиты (возможность вырабатывать специфический иммунитет против новых антигенов в течение жизни) есть только у позвоночных, однако в последние десятилетия было показано, что многие беспозвоночные (кольчатые черви, членистоногие, иглокожие и др.) тоже обладают такой способностью (Delmotte et al., 1986; Dhainaut, Scaps, 2001; Rheins et al., 1980). Даже у некоторых низших многоклеточных (губок и кишечнополостных) обнаружена способность к выработке приобретенного иммунитета и иммунологическая память (Hildemann et al., 1980).
Можно заключить, что, по-видимому, практически у всех животных присутствуют оба основных механизма прижизненного формирования средств иммуной защиты: 1) по принципу "обратного слепка" в ходе онтогенеза, когда из большого изначального набора отбираются те антитела (или "антителоподобные факторы"), которые не проявляют аффинности к собственным антигенам; 2) по принципу "прямого слепка" в течение жизни взрослой особи, когда формируются специфические антитела ("антителоподобные факторы") для связывания конкретных чужих антигенов.
Таким образом, системы распознания "своего" и "чужого" зародились, по-видимому, еще на заре жизни. У прокариот они служили в основном для идентификации партнеров по обмену генетическим материалом. У протистов они получили дальнейшее развитие, став необходимым условием полового размножения и поддержания целостности вида (эндогамии, репродуктивной изоляции). У многоклеточных животных на их основе развилась иммунная система. Последующее развитие на основе иммунной системы новых, более совершенных средств прекопуляционной изоляции (способных выполнять в том числе и функцию предотвращения инцеста) было логическим продолжением общих тенденций развития систем различения своих и чужих, своего рода возвращением к исходной функции на новом витке эволюционной спирали.
Homo sapiens. В эволюции сложных форм социального поведения, завершившейся появлением человеческого разума, проявляется тот же принцип, что и в развитии иммунной системы. Для того, чтобы "понять" или "оценить" другого, и тем более чтобы манипулировать им, нужно прежде всего получить адекватное представление о самом себе.
Эволюция человеческого разума во многом определялась сложными социальными отношениями наших предков - приматов. Показано, что объем коры головного мозга (неокортекса) положительно коррелирует с размером группы у приматов; та же законормерность обнаружена у хищных и некоторых насекомоядных (Dunbar, Bever, 1998). Для того, чтобы в иерархически устроенном коллективе добиться максимального репродуктивного успеха, необходимо было научиться достаточно точно предвидеть реакцию соплеменников на разные стимулы, в том числе на действия других членов коллектива и свои собственные (Byrne, Whiten, 1988; Палмер, Палмер, 2003).
Наилучшим способом повысить точность таких предсказаний оказалось умение "судить о других по себе". Для этого нужно было научиться воспринимать и анализировать информацию о собственном мыслительном процессе, понять собственные мотивации; полученные результаты затем можно было экстраполировать на соплеменников. Так развилась главная особенность человеческой психики – самосознание, способность к рефлексии, взгляду на себя со стороны. Появился идеальный образ (модель) самого себя, воспринимаемый и анализируемый мозгом наряду с объектами внешнего мира (или их идеальными моделями, образами). Именно эту способность к рефлексии многие философы считают главным отличием человека от животных (Тейяр де Шарден, 2002). Считается, что о наличии зачатков самосознания и "идеального образа самого себя" можно судить по способности субъекта узнавать себя в зеркале. Как выяснилось, к этому способен лишь человек (начиная с возраста 1-1,5 лет), человекообразные обезьяны и, возможно, бутылконосые дельфины (Gallup, 1994).
На развитие "модели себя" в онтогенезе оказывают огромное влияние контакты с родителями и другими членами социума, так что итоговая модель представляет собой результат интергации (слияния, отождествления) образа самого себя с образами других (в первую очередь близких) людей. Впрочем, есть все основания полагать, что и в развитии иммунной системы в ходе онтогенеза антигены родителей и близких должны играть существенную роль, накладывая свой отпечаток на иммунологический "портрет себя". В обоих случаях в оценке потенциального партнера в итоге будет использоваться, очевидно, критерий "похож ли он на нас?" вместо "похож ли он на меня?"
Достаточно очевидно, что эта "рефлексионная модель", используемая для прогнозирования и оценки действий других людей, имеет самое непосредственное отношение к механизмам формирования эндогамных группировок внутри человечества, таких, например, как этносы, характеризующиеся специфическими стереотипами поведения, средствами коммуникациями (языками), верованиями, а подчас и образом или стилем мышления. Человек, поведение которого не соответствует "рефлексионной модели", то есть чужак, не такой, как мы, обычно непривлекателен как брачный партнер.
Таким образом, можно заметить
определенную аналогию в функциях и задачах иммунной системы и высшей нервной
деятельности. Для обеих систем характерна способность к различению своих и чужих
через сравнение объекта с образом или моделью самого себя; обе системы
способствуют поддержанию целостности, дискретности и определенного уровня
полиморфизма вида, популяции. Наконец, обе системы, по-видимому, могут
способствовать видообразованию, обеспечивая в некоторых случаях автоматическое
зарождение эндогамии у групп особей, по тем или иным признакам (поведенческим
или биохимическим) уклонившихся от других представителей вида.
© А.В.Марков, 2005. Настоящая страничка (включая все подразделы) является официальной электронной публикацией. Высказанные в ней оригинальные идеи, ранее не опубликованные в печатных изданиях, охраняются законами об авторском праве. При цитировании, перепечатке или ином использовании материалов данной публикации ссылка на источник обязательна.
Дата последнего изменения 03.01.05
