Не меньшей загадкой чем возникновение самой жизни является возникновение её отдельных представителей, в частности животных. Рассказывает Михаил Никитин:

Многоклеточность животных возникла один раз. И это важно, потому что многоклеточность растений возникала несколько раз. Вот зеленые растения суши — это одно возникновение многоклеточности. Бурые водоросли, какая-нибудь ламинария огромная, — это другое. Третий эпизод многоклеточности растений — крупные красные водоросли, такие, как нори, порфира… У грибов многоклеточность тоже несколько раз возникала и даже терялась. Например, дрожжи — это потомки многоклеточных грибов. А вот у животных многоклеточность возникла ровно один раз. Все известные нам животные — это потомки одного многоклеточного предка. И многоклеточность эта получилась где-то в криогении, на фоне глобального оледенения, так называемой Земли-снежка (или «Земли — снежного кома», Snowball Earth). Это случилось около 700–750 млн лет назад, под самый конец протерозоя.

Почему именно в криогении и почему в таких экстремальных условиях? Мы точно не знаем, но криогений, среди прочего, сопровождался повышением уровня кислорода. На выходе из криогения в атмосфере Земли уровень кислорода приблизился к половине современного. Кислород для животных нужен, потому что, например, для созревания белка коллагена, про который я уже говорил, нужен свободный кислород. Там происходит превращение стандартной аминокислоты пролина в нестандартный оксипролин. Эта реакция требует наличия кислорода и, кстати, аскорбиновой кислоты — витамина С. Поэтому при цинге, при авитаминозе витамина C, страдают все коллагенсодержащие ткани: выпадают волосы и зубы, слабеет кожа…

Без кислорода животные бы не возникли. Возможно, дело в том, что в криогении повысился уровень кислорода, что дало им возможность появиться на свет. Как они делали первые шаги, по ископаемым данным мы не знаем, но кое-что мы можем понять, сравнивая животных с их одноклеточными родственниками.

Есть несколько групп одноклеточных, о которых мы знаем и по их клеточной структуре, и по последовательностям ДНК, что они довольно близки к животным. Это, например, воротничковые жгутиконосцы, амеба Capsospora, ну и некоторые другие менее известные группы.

Что мы можем узнать, сравнивая их с животными?

Во-первых, мы можем узнать, что клеточная дифференцировка — это древняя штука, которая старше многоклеточности. Те гены, которые управляют у нас клеточной дифференцировкой, занимаются тем же самым и у наших одноклеточных родственников. Потому что и Capsospora, и многие воротничковые жгутиконосцы имеют сложные жизненные циклы, и их клетки на разных стадиях жизненного цикла выглядят весьма по-разному, вплоть до смены облика с амебы на жгутиконосца и обратно. Еще все они экспериментируют с многоклеточностью, временной и необязательной. У воротничковых жгутиконосцев известны временные колонии, когда клетка делится, но ее два потомка не расплываются в разные стороны, а остаются прикрепленными друг к другу и плавают. И так могут появляться цепочки или комочки из десятка-другого клеток. Capsospora может образовывать многоклеточные скопления, которые создают общую плотную защитную оболочку для пережидания зимы…

Клеточная дифференцировка у наших одноклеточных предков была, но она была как бы во времени. Это была смена облика клетки в течение жизненного цикла. А животные перевели время в пространство. Животные создали многоклеточное тело, в котором разные клеточные типы существуют параллельно и одновременно. И эксперименты с внеклеточным матриксом и прикреплением к нему мы можем видеть уже и у Capsospora, и у воротничковых жгутиконосцев. У них нет щелевых, плотных или адгезивных контактов, у них нет коллагена, но у них есть зачатки других компонентов матрикса и системы клеточной дифференцировки. Вот генов координатной сетки, таких как Hox-гены, у них еще нет, это более позднее событие. А клеточная дифференцировка и внеклеточный матрикс — это древняя история, которая старше многоклеточности и которая легла в основу первой многоклеточности.