Афина Актипис - Клетка-предатель. Откуда взялся рак и почему его так трудно вылечить

Сосредоточившись на различных способах нарушения основ межклеточного сотрудничества, мы можем составить концепцию, которая объединит между собой различные научные сферы и позволит сравнивать восприимчивость к раку по всему древу жизни.

Как в результате естественного отбора могло вообще зародиться сотрудничество, если недобросовестное поведение приносит больше выгоды? Чтобы понять, почему в результате своей эволюции раковые клетки начинают недобросовестно вести себя, сначала нам будет полезно рассмотреть более широкий вопрос: как вообще в ходе эволюции может появляться и сохраняться сотрудничество.

Теоретиками были предложены различные возможные объяснения — от взаимной выгоды и наказаний до разделения рисков и сотрудничества только с ближайшими родственниками, — которые были проверены на сотнях математических моделей. Несмотря на разнообразие решений и стратегий по поддержанию сотрудничества, их все можно разделить на две категории: решения, основанные на повторяющихся взаимодействиях индивидов друг с другом, и решения, основанные на генетическом родстве.

Многократные взаимодействия между индивидами могут способствовать сотрудничеству, так как теперь они могут пожинать плоды прошлого опыта или испытывать негативные последствия прежнего недобросовестного поведения. Из-за того, что взаимодействие повторяется, выгода от сотрудничества увеличивается, а от недобросовестного поведения — падает, в результате чего сотрудничество зачастую становится более предпочтительным вариантом. При возможности покидать партнеров и группы с недостаточным уровнем сотрудничества — либо если они могут выбирать себе партнера — сотрудничество оказывается более выгодным. Группы, где оно процветает, более стабильны и долговечны, так как получают коллективную пользу. Повторяющиеся взаимодействия сотрудничающих клеток могли играть свою роль на ранних этапах эволюции многоклеточной жизни, однако традиционно в качестве основного объяснения развития клеточного взаимодействия при переходе к многоклеточности ученые рассматривают генетическое родство.

Генетическое родство помогает решить проблему недобросовестного поведения и делает сотрудничество возможным, возвращая получаемую от него пользу генам, которые за него отвечают. Представьте себе суп из отдельных клеток (не являющихся частью какого-то многоклеточного организма). Часть этих клеток — «производители», то есть создают нечто, повышающее приспособленность соседних клеток к внешней среде (например, ферменты, помогающие им перерабатывать ресурсы). Другие клетки — «нахлебники», так как сами ничего не дают, однако пользуются тем, что вырабатывают производители. Если взаимодействие между индивидами в популяции происходит случайным образом, то нахлебники получают больше ресурсов, избегая затрат на выработку фермента. Их шансы на размножение увеличиваются (так как у них больше резервов), и они начинают доминировать в популяции. В конечном счете клетки-нахлебники возьмут верх, и все взаимодействующие клетки попросту вымрут. Это яркий пример классической проблемы недобросовестного поведения, ограничивающего эволюционную устойчивость сотрудничества.

Теперь давайте рассмотрим альтернативу случайному взаимодействию между клетками в этом супе: что, если производители будут держаться вместе и сотрудничать друг с другом, держась подальше от нахлебников? Каждый раз, когда производитель что-то вырабатывает, это приносит пользу остальным производителям: вместо того чтобы кормить нахлебников, производители приносят пользу друг другу, благодаря чему гены, кодирующие способность к производству, распространяются в популяции клеток.

Аналогично, когда все клетки в группе являются генетическими клонами, гены, отвечающие за сотрудничество между клетками, могут распространяться в результате процесса под названием «родственный отбор». Одна из причин невероятного уровня взаимопомощи между клетками, появившаяся в ходе эволюции многоклеточных организмов, — то, что клетки нашего тела (в первом приближении) являются генетическими копиями. Генетическое родство не объясняет все полностью — как мы увидим в следующем разделе, — однако оно помогает создать условия, делающие возможным развитие сотрудничества между клетками. Высокий уровень родства внутри группы клеток также позволяет появляться механизмам обнаружения клеток-нахлебников и противодействия им.