Присказка «Мы то, что мы едим» для некоторых верна буквально. В широком смысле слова каннибализм — это поедание себе подобных. Чаще всего в этом случае имеют в виду представителей того же вида. Но каннибалами могут быть даже отдельные клетки.
КЛЕТКА ЕСТ САМУ СЕБЯ
Пища — источник веществ для создания новых структур организма и энергии, необходимой для этого процесса. Многие клетки накапливают питание про запас, но этот резерв может исчерпаться. Если питательные вещества не будут поступать извне, клетка начнёт голодать. Выйти из ситуации можно, если начать расщеплять свои же структуры — только устаревшие. Клетки делают это с помощью лизосом — органелл, которые содержат пищеварительные ферменты.
КАК КЛЕТКА СЕБЯ ЕСТ?
Компоненты, подлежащие переработке, окружаются двухслойной мембраной, которая защищает другие части клетки от разрушения пищеварительными ферментами. Так образуется органелла аутофагосома. Она доставляет отходы к лизосоме, внутри которой они расщепляются.
Процесс, когда клетка разрушает собственные органеллы и мембраны, называется аутофагией, что в переводе с древнегреческого значит «самопоедание». Это происходит не только при нехватке питательных веществ, но и когда организм испытывает стресс или клетка накопила много старых органелл и «поломанных» молекул. Кстати, поэтому аутофагия сдерживает развитие паркинсонизма, болезни Альцгеймера и других недугов нервной системы, вызванных накоплением мутантных белков.
«Самоедство» — удел не одних лишь старых и ослабленных клеток. Аутофагия происходит и у эмбрионов. Она позволяет кардинально изменить состав клеток и устройство организма — например, при метаморфозе у видов с непрямым развитием. Головастик становится лягушкой, гусеница превращается в куколку, а затем в бабочку в том числе благодаря механизму аутофагии. Есть у аутофагии и теневая сторона. Она работает не только в нормальных, но и в раковых клетках, помогая им выживать даже в чрезвычайно неблагоприятной для них среде. Если бы удалось ослабить интенсивность аутофагии в опухолях, не снижая её уровень в здоровых клетках, в лечении рака произошёл бы прорыв.
В 2016 году японский биолог Ёсинори Осуми получил Нобелевскую премию по медицине и физиологии за исследования аутофагии. С начала 1990-х он проводит эксперименты на дрожжах, выявляя премию по медицине тонкости биохимии и генетики этого процесса. Дрожжи как объект изучения выбраны не случайно: они быстро растут и достаточно просты в устройстве, но имеют много схожих черт с животными клетками.
КОГДА ПРОИСХОДИТ АУТОФАГИЯ?
- Эмбриогенез и дифференциация клеток
- Голодание и другие виды стресса
- Нейродегенеративные Заболевания
- Бактериальные и вирусные инфекции
- Рак
КЛЕТКА ЕСТ ДРУГИЕ КЛЕТКИ
Поднимемся на межклеточный уровень взаимодействия и обратим внимание на животных. Они относятся к эукариотам, то есть в их клетках есть ядра. Это не единственная особенность животных клеток: они могут менять форму — отращивать и разрушать выступы, а значит, передвигаться и захватывать объекты. Если объекты жидкие, процесс называется пиноцитоз, если твёрдые — фагоцитоз.
ПИТАНИЕ КЛЕТОК
Некоторые типы клеток в организмах животных устроены так, чтобы фагоцитировать много и эффективно. Например, макрофаги — клетки иммунной системы. Они передвигаются по телу с помощью ложноножек и поглощают чужеродные объекты. Чтобы попасть в категорию чужаков, достаточно иметь молекулы, не знакомые иммунным клеткам, или специальные метки, которыми организм обозначает клетки, чей срок жизни вышел. Даже если клетка принадлежит организму и здорова, с такой меткой она станет мишенью каннибалов-макрофагов, которые её переварят. Вариантов клеточного каннибализма много.
Один из самых интересных — энтоз. От «настоящего самоедства» он отличается тем, что клетка-жертва активно помогает другой клетке себя съесть. Оказавшись внутри, она некоторое время остаётся живой, может даже поделиться или покинуть клеточную тюрьму. В этом отличие энтоза от фагоцитоза, который предполагает разрушение жертвы пищеварительными ферментами. Впрочем, не всем клеткам так везёт. Энтоз нужен млекопитающим в том числе, чтобы эмбрион прикрепился к стенке матки: во время этого процесса часть эпителия стенок матки разрушается. К сожалению, как и аутофагия, энтоз активно проходит в раковых опухолях и способствует их выживанию.
Механизм клеточного каннибализма отличается для каждого типа тканей, но всегда цель его одинакова. В качестве пищи чаще всего выступают клетки, у которых действительно «вышел срок»: старые, ослабленные стрессами и воспалительными процессами. Так что самоочищение организма идёт постоянно, без разрекламированных процедур детокса.
КАННИБАЛИЗМ ПО ОБОЮДНОМУ СОГЛАСИЮ
Илья Мечников — русский и французский биолог, открывший явление фагоцитоза. За разработку фагоцитарной теории иммунитета был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1908 году.
Благодаря образованию выростов-ложноножек иммунные клетки фагоциты могут передвигаться по организму и ловить чужаков
РОДСТВЕННИКИ ЕДЯТ ДРУГ ДРУГА
На уровне целого организма поедание себе подобных случается чаще, чем можно представить.
Начать хотя бы с того, что своего рода каннибалом является эмбрион любого живородящего животного: все питательные вещества он берёт из организма матери.
Животные, откладывающие яйца, тоже снабжают будущих детей запасом питательных веществ из собственного тела. А иногда в роли такого «готового завтрака» выступают другие яйца. У улитки Nucella emarginata кладка состоит из пятисот яиц. Из них вылупляются всего около двадцати особей, которые поедают менее проворных собратьев.
Самки пауков вида Amaurobius ferox и вовсе формируют две кладки. Из яиц первой вылупляются паучата. Сначала они поедают яйца из второй, кормовой кладки, а потом и поглощают мать, которая не сопротивляется. Эта разновидность каннибализма называется матрифагия («поедание матери»). У пауков и других членистоногих в принципе распространено поедание себе подобных: если не потомки родителей, то родители сами съедят друг друга. Как правило, паучиха съедает самца, ведь её организм потратил много энергии на формирование и откладку яиц.
Впрочем, не все так радикально подходят к воспитанию детей. Позвоночные уже не позволяют потомкам съесть себя целиком, только разрешают кое-какие вольности в свой адрес.
Самка безногой амфибии горной червяги (Boulengerula taitana) жертвует ради молодняка своей кожей. При вылуплении из яиц детёныши уже обладают внушительными зубами, так что без труда отрывают от матери кусочки кожи — занимаются дерматофагией. Самка лежит неподвижно, пока дети её обгладывают. Кожа горной червяги восстанавливается быстро, так что молодёжь может питаться ей несколько недель кряду.
Если пауки Amaurobius ferox одну из двух кладок специально пускают на пропитание потомства, то у акул все потомки изначально равны, но борются за выживание друг с другом. Обыкновенные песчаные акулы (Carcharias taurus) живородящи. Настоящей плаценты у них нет, но яйца развиваются внутри организма матери. Акулята, вылупившиеся раньше, сначала съедают яйца своих нерасторопных братьев и сестёр. Потом крупные детёныши едят более мелких — и так, пока не останется один. Вот такие голодные игры. Этот тип каннибализма называется адельфофагия («поедание братьев и сестер»). Учёные впервые заподозрили песчаных акул в адельфофагии, когда увидели, что новорождённые особи этого вида ничуть не менее зубасты, чем их взрослые родственники, а животы их раздуты, будто там сохранился желток, который к тому времени давно должен был быть съеден.
Паучиха вида Amaurobius ferox на кладке яиц
ЕСТ КАК ПТИЧКА
Виды-каннибалы найдены среди семи из 142 семейств птиц. Чаще всего это обитатели морских побережий, в частности чайки. Нередко своих братьев и сестёр поедают птенцы хищных птиц: с их клювами и когтями это довольно легко.
НЕРОДСТВЕННЫЕ ОСОБИ ЕДЯТ ДРУГ ДРУГА
Отдельных случаев, когда представители какого-то вида едят себе подобных, можно насчитать множество. Каннибалом с большей вероятностью станет кто-нибудь хищный или всеядный. Тем не менее, и вегетарианцы в условиях стресса могут пуститься во все тяжкие. Например, при перенаселенности — когда в ограниченном пространстве обитает множество особей. Стресс вызывает не нехватка еды (её может быть в избытке), а скученность. Племенные куры заклёвывают родичей до смерти, если их слишком много. Фермеры борются с этим, подрезая им кончик клюва (это болезненная для животного процедура). Есть и специальные очки, которые мешают разглядеть красные пятна на перьях других кур — сигнал, что птица ранена и не сможет дать отпор.
ОСТАТЬСЯ В ЖИВЫХ
Наверняка вы слышали, что самки богомолов отгрызают партнёру голову после спаривания. Но есть нюанс: каннибализм происходит, только если самка голодна — к счастью для самцов, это бывает не всегда. Сытые самки не едят партнёров, им это просто не нужно. Поэтому нередко отцы богомольчиков остаются в живых.
В далёком прошлом поедание сородичей было частью религиозных практик у многих племён. Отдельные случаи каннибализма происходят и в наше время. Одна из самых трагичных историй, связанных с этим обычаем, произошла в племени форе из Новой Гвинеи. Члены племени часто умирали от куру (на языке форе это слово значит «дрожь» или «порча»). Болезнь возникала внезапно и ослабляла человека настолько, что он терял способность ходить и даже сидеть. Все больные умирали, против куру не было лекарства. Вскрытия заражённых показали, что их мозг походил на губку. Вскоре недугом заинтересовались учёные. В 1957 году американский вирусолог Карлтон Гайдушек выяснил, что куру распространяется из-за каннибализма. Жители племени ели мозг умерших соотечественников, чтобы получить их мудрость и силу. Гайдушек определил, что люди, которым мозга не доставалось, не болели куру, и настрого запретил выполнять древний обряд.
ЖЕСТОКИЕ САНИТАРЫ
Многие грызуны убивают и поедают больных особей. Самки грызунов могут съесть детенышей, если их отпрыски мало жизнеспособны. Это радикальное решение вопроса гигиены: если оставить мёртвое тело разлагаться в замкнутом пространстве, оно будет распространять на обитателей болезни и трупный яд.
Через несколько лет после полного запрета число ежегодно выявляемых новых случаев стало снижаться.
Оказалось, что виновники гибели форе — неправильно свернутые молекулы белков, способные испортить форму своих соседей и устойчивые даже к высокой температуре. Такие белки назвали прионы (от англ. protein «белок» + infection «инфекция»). Они содержались в нервной ткани умерших и попадали в организм здоровых людей из-за ритуального каннибализма. В 1976 году за открытие инфекционного характера болезни куру Карлтон Гайдушек был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине.
Кроме куру, прионы вызывают ряд других недугов, и многие из них связаны с нервной системой. Есть гипотезы, утверждающие, что нейродегенеративные заболевания (такие как болезни Паркинсона и Альцгеймера) вызваны накоплением прионоподобных белков в мозге. При развитии этих заболеваний аутофагия в нейронах идёт слишком медленно, поэтому клетки не успевают уничтожить скопления вредоносных белков.
Член племени форе, Новая Гвинея
