Биология веры: Недостающее звено между Жизнью и Сознанием
Шрифт:
Червь Caenorhabditis — идеальный объект для изучения роли генов в развитии и поведении особи, он хорошо поддается генетическим манипуляциям. Тело этого быстро растущего и хорошо размножающегося создания состоит из 969 клеток; в его незамысловатом мозге насчитывается примерно 302 клетки. Несмотря на это, Caenorhabditis обладает уникальным поведенческим репертуаром. Его геном состоит примерно из 24 000 генов [Blaxter 2003]. В человеческом теле, состоящем из более чем пятидесяти триллионов клеток, лишь на 1 500 генов больше.
У еще одного излюбленного объекта научных исследований — плодовой мушки-дрозофилы — насчитывается 15 000 генов [Blaxter 2003; Celniker, et al, 2002]. Иными словами, гораздо более сложный, по сравнению с примитивным Caenorhabditis, организм
Что касается мышей, нам стоило бы смирить собственную гордыню. Исследования генома мыши проводились параллельно с исследованиями проекта «Геном человека». Так вот, у человека и грызунов количество генов приблизительно одинаково!
Кое-что из азов клеточной биологии
Задним числом можно заметить: то, что гены не в состоянии управлять нашей жизнью, ученые должны были знать без всяких глобальных проектов. Как называется орган, управляющий жизнедеятельностью и поведением организма? Правильно, этот орган называется мозгом. Но можем ли мы считать мозгом клетки ее ядро, в котором содержится ДНК? Если да, тогда удаление клеточного ядра (такая процедура называется энуклеацией) должно приводить к немедленной смерти клетки.
Итак, настало время ключевого эксперимента! Маэстро, барабанную дробь...
Укладываем нашу упрямую клетку на микроскопический операционный стол. При помощи манипулятора ловким движением вводим в ее заполненное цитоплазмой нутро похожую на иголку микропипетку. Ядро клетки аккуратно всасывается в микропипетку... Все, дело сделано. Последнее движение манипулятора, и «мозг» нашей несчастной жертвы извлечен.
Но позвольте! Клетка движется! Господи, она по-прежнему жива!
«Рана» в клеточной стенке затянулась, и клетка, как настоящий пациент после операции, понемногу приходит в себя. Вот она уже снова на ногах... ну хорошо, хорошо — на ложноножках... и бодро покидает поле зрения микроскопа, в надежде никогда больше не встречаться с такими врачами.
Подвергнутые энуклеации клетки способны прожить до двух и более месяцев без всяких генов. Причем эти клетки вовсе не напоминают беспомощные комки цитоплазмы — нет, они активно поглощают и переваривают пищу, поддерживают согласованное функционирование своих физиологических систем (дыхательной, пищеварительной, выделительной, двигательной и т. д.), сохраняют способность общаться с другими клетками и должным образом реагируют на внешние раздражения.
Конечно, энуклеация не остается совсем без последствий. Лишенные генов клетки не могут ни делиться, ни воспроизводить свои белковые составляющие, которые они теряют вследствие обычного старения и износа цитоплазмы. Неспособность заменить дефектные цитоплазматические белки приводит к механическим расстройствам, из-за которых клетка в конце концов гибнет.
Но вспомним, для чего был задуман наш эксперимент. Мы решили проверить, действительно ли ядро клетки является ее «мозгом». Если бы клетка погибала после энуклеации, мы могли бы сказать, что наши наблюдения свидетельствуют в пользу этой идеи. Но результаты эксперимента однозначны: лишенная ядра клетка демонстрирует сложное координированное поведение, характерное для живого организма. Отсюда следует, что ее «мозг» остался в целости и сохранности.
Тот факт, что энуклеированные клетки сохраняют свои биологические функции и при отсутствии генов, давно известен. Опыты по извлечению ядер из делящихся яйцеклеток стали классикой эмбриологии еще более ста лет назад. Эти опыты показали: изолированная энуклеированная яйцеклетка способна достичь даже уровня бластулы — стадии развития, на которой зародыш состоит из сорока или более клеток. Сегодня энуклеированные клетки используются в промышленных целях в качестве питающего слоя для выращиваемых противовирусных вакцин.
Но если ядро с его генами не является клеточным «мозгом», тогда какова же роль ДНК в жизни клетки? Ответ прост: энуклеированные клетки гибнут не потому, что они лишились мозга, а потому, что их лишили репродуктивных способностей. Ядро клетки —
Какой конфуз — перепутать орган размножения с мозгом! Что ж, это вполне понятная ошибка, если принять во внимание традиционно царящий в науке патриархат. Мужчин частенько обвиняют в том, что они думают не головой, а... в общем, понятно чем. Так стоит ли удивляться аналогичной оплошности со стороны мужской, по сути, науки?
Эпигенетика: новая наука о самоуправлении
Если уж конфуз с энуклеированными клетками не пошел теоретикам всевластия генов впрок, то новейшие научные исследования в буквальном смысле выбивают почву у них из-под ног. Пока газетные заголовки трубили о проекте «Геном человека», группа ученых положила начало новому, революционному направлению в биологии, получившему название эпигенетика (это слово буквально означает «надгенетика»). Эпигенетика кардинальным образом меняет наши представления о том, как управляется жизнь [Pray 2004; Silverman 2004]. Эпигенетические исследования последнего десятилетия показали, что ДНКпрограммы, передаваемые по наследству с помощью генов, вовсе не «запечатлеваются в камне» при рождении — они могут изменяться под влиянием внешних воздействий, таких, как питание, эмоции и стрессы [Reik and Walter 2001; Surani 2001].
Генетики выделяют ДНК из клеточных ядер и изучают генетические механизмы с конца 1940-х годов. Они проникают сквозь мембрану клетки, извлекают клеточное ядро и выделяют хромосомы, состоящие наполовину из ДНК и наполовину из регуляторных белков. Поскольку их интересует только ДНК, они, за ненадобностью, отбрасывают регуляторные белки прочь — как говорится, выплескивая с водой ребенка. Эпигенетики возвращают этого «ребенка» обратно — они изучают хромосомные белки, которые, как выясняется, играют в механизме наследственности не меньшую роль, чем ДНК.
ДНК образует как бы сердцевину хромосомы; белки же обволакивают ДНК наподобие рукава. Когда гены укрыты, содержащуюся в них информацию «прочитать» невозможно. Представьте себе, что ваша рука — это участок ДНК, содержащий ген, в котором закодирован голубой цвет глаз. В клеточном ядре такой участок ДНК покрыт связанными с ней регуляторными белками, как рука — рукавом рубашки.
Главенствующая роль среды. Новая наука приходит к выводу, что информационный поток, управляющий живой материей, начинается с сигналов окружающей среды, которые управляют связыванием «рукава» регуляторных белков с ДНК и, значит, — с активностью генов. Обратите внимание: поток информации больше не является однонаправленным. В 1960-х годах Говард Темин установил экспериментально, что РНК способна переписывать ДНК, тем самым поворачивая информационный поток вспять, в направлении, обратном предписанному Главной догмой. Говард Темин, которого поначалу подняли на смех и обвинили в «ереси», позднее получил Нобелевскую премию за описание обратной транскрипции — молекулярного механизма, при помощи которого РНК может переписывать генетический код. Обратная транскрипция нынче на слуху, так как именно таким образом РНК вируса СПИДа захватывает ДНК инфицируемой клетки. Сегодня также известно, что изменения в молекуле ДНК, например, добавление или удаление так называемых метиловых групп, влияют на связывание с ней регуляторных белков. Судя по всему, белки также способны работать в направлении, обратном классическому информационному потоку, поскольку белковые антитела в иммунных клетках изменяют ДНК тех клеток, которые их синтезировали. Толщина стрелок, указывающих на рисунке направление информационного потока, неодинакова: на обращение информационного потока наложены жесткие ограничения — это позволяет не допустить существенных изменений в геноме клетки.