Человеческий организм состоит из триллионов клеток, и каждая из них представляет собой сложную биологическую систему, способную воспринимать информацию, обмениваться ресурсами с соседями, адаптироваться к изменениям окружающей среды и сохранять молекулярную память о собственном происхождении. Новые исследования заставляют ученых по-новому взглянуть на возможности этих микроскопических структур вплоть до способности взрослых клеток сохранять и при определенных условиях восстанавливать информацию о своем эмбриональном прошлом.

Самая маленькая и одновременно базовая единица

Клетка — самая маленькая и одновременно базовая единица жизни, на которой строятся все процессы человеческого организма. Типичная человеческая клетка окружена мембраной и заполнена цитоплазмой, внутри которой находятся органеллы — структуры, выполняющие специализированные функции. Например, митохондрии отвечают за производство энергии, а ядро содержит генетический материал в форме ДНК.

При этом масштабы клеточного мира трудно представить. На поверхности булавочной головки могли бы разместиться около 10 тысяч клеток среднего размера. Но микроскопические размеры не означают простоту устройства: в одной человеческой клетке насчитывается около 37 органелл, примерно 12 тысяч различных белков и порядка 42 миллионов белковых молекул.

Клетки умеют «общаться»

Клетки не существуют изолированно. Значительная часть их работы связана не только с собственным выживанием, но и с поддержанием состояния окружающей ткани. Клеточная коммуникация необходима для сохранения равновесия в тканях, координации различных процессов и реакции на изменения внешней среды. При этом клетки способны не просто обмениваться химическими сигналами, но и непосредственно передавать друг другу необходимые вещества.

Одним из механизмов такого обмена стали недавно обнаруженные туннельные нанотрубки — tiny tube networks, или TNT. Если клетка испытывает стресс или заболевает и посылает химический сигнал бедствия, соседние клетки могут протянуть к ней полые трубки. Через них передаются необходимые ресурсы — РНК, белки и даже целые органеллы.У клеток существуют и другие способы обмена веществами, в частности межклеточные контакты, известные как gap junctions, а также экзосомы.

Таким образом, ткань оказывается не просто совокупностью отдельных клеток, а системой, в которой ее элементы постоянно взаимодействуют и помогают друг другу поддерживать устойчивость.

Клетки сохраняют память о своем прошлом

Еще более неожиданным стало открытие, связанное с клеточной памятью. Исследователи Института рака Дана-Фарбер обнаружили, что взрослые ткани сохраняют записанную в ДНК информацию об эмбриональных клетках, из которых они сформировались. Более того, эта память, как выяснилось, не обязательно остается навсегда недоступной: при определенных условиях ее можно восстановить.

Открытие может изменить представление о возможностях клеток и иметь значение для будущего изучения дегенеративных и других заболеваний. В частности, оно может помочь понять, каким образом здоровые клетки могут «подхватить» онкологические изменения.

Другие исследования показывают, насколько сложными могут быть механизмы саморегуляции тканей. Ученые Института Пастера обнаружили процесс, при котором погибающие клетки временно защищают соседние клетки от гибели. Благодаря этому ткань получает возможность сохранять стабильность и продолжать обновление.

Что клетки «знают» об окружающем мире

Клеткам приходится постоянно адаптироваться к условиям, в которых они существуют. При этом человек создает для них дополнительную нагрузку, с которой они изначально не были рассчитаны справляться.

Длительное курение, употребление алкоголя и воздействие солнечного излучения могут приводить к необратимым повреждениям. Опасность представляют также шум, загрязнение окружающей среды, радиация и микропластик. Особенно уязвимы клетки кожи, слизистой оболочки рта, легких и кишечника — то есть те, которые непосредственно контактируют с внешней средой.

При этом клетке не обязательно обладать сознанием или разумом в человеческом понимании, чтобы демонстрировать сложное адаптивное поведение. Она располагает информацией, необходимой для выполнения своих функций, начиная с фундаментальной задачи — самосохранения. Используя доступную энергию, клетка способна приспосабливаться к локальным условиям таким образом, чтобы повысить свои шансы на выживание.

А когда отдельные клетки объединяются в более крупные и сложные системы, возникает уже коллективный уровень организации. Чем сложнее становятся такие сети, тем больше их совокупная способность обрабатывать информацию и адаптироваться.

ДНК, которая остается в окружающей среде

Еще одна особенность живых организмов связана с так называемой экологической ДНК — eDNA. Все живые организмы выделяют небольшие количества генетического материала во внешнюю среду. Эти фрагменты могут находиться в воздухе, воде, снегу, молоке, на траве, поверхностях домов и мебели.

Развитие технологий позволяет ученым извлекать все больше информации даже из чрезвычайно малых образцов такой ДНК.

Исследователи Лаборатории морской биологии и госпиталя морских черепах Уитни при Университете Флориды в Сент-Огастине смогли получить медицинскую и наследственную информацию из следовых фрагментов человеческой ДНК, обнаруженных в окружающей среде.

Это означает, что генетический материал человека не обязательно остается внутри его организма. В определенном смысле окружающая среда может сохранять молекулярные следы людей, которые когда-то в ней находились.

Может ли окружающая ДНК хранить эмоциональный след?

Способность живых организмов оставлять генетические следы в окружающей среде заставляет задуматься и о другом вопросе: может ли такая информация иметь какое-либо отношение к явлениям, которые люди иногда воспринимают как необъяснимые?

Psychology Today приводит случай, произошедший в Онтарио:  супруги вместе с риелтором вошли в старое здание, которое планировали приобрести. В доме мужчина внезапно услышал плач и крики детей и, испугавшись, вышел на другую сторону улицы. Позже риелтор рассказал, что около ста лет назад в этом доме находился приют для сирот. При этом ни мужчина, ни его жена не знали об истории здания.

Подобные истории часто становятся частью рассказов о «памяти» мест, призраках, спиритических сеансах и других необъяснимых явлениях. Но можно ли связать их с тем, что современная наука знает об экологической ДНК?

Известно, что микроскопические фрагменты генетического материала постоянно попадают во внешнюю среду и могут сохраняться в воздухе, воде и на различных поверхностях. Более того, современные технологии позволяют извлекать из таких следов все более подробную информацию, включая медицинские и наследственные данные.

Отсюда возникает гораздо более смелая гипотеза: возможно ли, что в некоторых случаях человек каким-то образом способен воспринимать информацию, связанную с генетическими следами людей, находившихся в определенном месте? И может ли накопленный за тысячелетия генетический материал иметь хоть какое-то отношение к тому, что Карл Юнг называл коллективным бессознательным?

На сегодняшний день это остается предположением, а не установленным научным фактом. Исследования экологической ДНК показывают, что окружающая среда действительно содержит огромное количество биологической информации, но научных данных, подтверждающих возможность человека «считывать» через нее переживания или эмоции людей прошлого, пока нет.

Тем не менее сама возможность извлекать все больше информации из мельчайших следов ДНК показывает, насколько много данных о живых организмах может сохраняться вне их собственного тела. И это лишь одна из причин, по которым мир клеток оказывается гораздо сложнее, чем можно было бы предположить, глядя на них только через микроскоп.Материал подготовлен на базе публикаций Psychology Today