Река, выходящая из Эдема. Жизнь с точки зрения дарвиниста
Шрифт:
Если вообразить себе технологию, отличающуюся от современных разве что чуть большей быстродейственностью, то вполне правдоподобен следующий научно-фантастический сюжет. Враждебные иностранные силы выкрали профессора Криксона и заставляют его работать над созданием биологического оружия. Для спасения цивилизации ему жизненно необходимо сообщить некую секретную информацию во внешний мир, но все обычные каналы связи для него закрыты. За исключением одного. Код ДНК состоит из шестидесяти четырех троичных «кодонов» – достаточно, чтобы зашифровать весь английский алфавит (как заглавные буквы, так и строчные) плюс десять цифр, знак пробела и точку. Профессор Криксон берет с лабораторной полки особо заразный штамм вируса гриппа и встраивает в его геном полный текст своего послания внешнему миру, написанного великолепным английским языком. Он многократно воспроизводит свое послание в разных частях модифицированного генома с добавлением легко распознаваемой «сигнальной» последовательности – скажем, первой десятки простых чисел. Затем он заражает этим вирусом сам себя и чихает в комнате с большим скоплением народа. По планете
Наша генетическая система – универсальная для всего живого на планете – является в самой своей основе цифровой. В тех участках человеческого генома, что в настоящее время заполнены «мусорной» ДНК – то есть такой ДНК, которая не используется организмом (по крайней мере, по прямому назначению), – можно при желании зашифровать с дословной точностью полный текст Нового Завета. В каждой клетке вашего тела содержится нечто аналогичное сорока шести гигантским лентам с записанными на них цифровыми данными, неустанно снимаемыми огромным количеством одновременно работающих считывающих головок. Во всех клетках эти ленты – хромосомы – несут одну и ту же информацию, но считывающие головки каждого типа клеток отыскивают различные участки «базы данных» для сугубо своих, специализированных целей. Вот почему мышечные клетки так отличаются от клеток печени. Нет никакой одушевленной жизненной силы, никакого пульсирующего, самовоспроизводящегося, протоплазменного, мистического киселя. Жизнь – это просто байты, байты и еще раз байты цифровой информации.
Гены – это информация в чистом виде: информация, которую можно зашифровать, перешифровать и расшифровать без потерь и искажений смысла. Чистая информация может быть скопирована, и, поскольку речь идет о цифровой информации, точность этого копирования будет высочайшей. Та аккуратность, с какой воспроизводятся «буквы» ДНК, способна составить конкуренцию любым достижениям современных инженеров. Эти символы копируются из поколения в поколение, и случайные ошибки редки – их хватает только на то, чтобы вносить некоторое разнообразие. Очевидно, что среди получающегося разнообразия наиболее многочисленными будут непроизвольно становиться те комбинации символов, которые, будучи расшифрованными и примененными внутри организмов, заставляют организмы предпринимать активные шаги по сохранению и распространению этих самых ДНК-инструкций. Мы – и под «нами» я подразумеваю все живое – представляем собой машины выживания, запрограммированные распространять цифровую базу данных, запрограммировавшую нас. Выходит, что дарвинизм – это выживание тех, кто выжил на уровне строгого цифрового кода.
Задним числом понятно, что иначе и быть не могло. В аналоговой генетической системе нет ничего невообразимого, но мы уже видели, что происходит с аналоговой информацией при повторном копировании. Это «испорченный телефон». Усиленные телефонные сигналы, многократно переписанные магнитофонные ленты, ксерокопии ксерокопий – аналоговые данные так подвержены постепенному разрушению, что копирование возможно лишь на протяжении ограниченного числа поколений. Гены же способны самовоспроизводиться хоть десять миллионов раз подряд, едва ли вообще хоть сколько-нибудь разрушаясь. Дарвинизм возможен только потому, что – если не считать отдельных мутаций, которые естественный отбор либо выпалывает, либо сохраняет, – копировальный процесс безупречен. Лишь цифровой генетической системе под силу поддерживать жизнь по Дарвину в течение эонов. Тысяча девятьсот пятьдесят третий год – год двойной спирали – войдет в историю не только как дата, положившая конец мистическим и обскурантистским взглядам на живую природу; для ученых-дарвинистов он станет также годом, начиная с которого их предмет окончательно перешел на цифровые рельсы.
Река чистейшей цифровой информации, величаво текущая сквозь геологические эпохи, разветвляясь на три миллиарда рукавов, – картина впечатляющая. Но какое место она отводит привычным для нас признакам живого? Где на ней организмы, руки и ноги, глаза, мозги и вибриссы, листья, стволы и корни? Неужели мы – животные, растения, простейшие, грибы и бактерии – всего лишь берега для ручейков с цифровыми данными? В каком-то смысле так оно и есть. Но этим, как я уже намекал, дело не исчерпывается. Гены не только производят собственные копии, перетекающие от поколения к поколению. Они еще и проводят свое время внутри сменяющих друг друга организмов, влияя на их форму и поведение. Организмы тоже кое-что да значат.
Скажем, тело белого медведя – это не просто пара берегов для цифровой струйки. Также оно – сложный механизм размером с медведя. Все гены, принадлежащие целой популяции белых медведей, представляют собой коллектив надежных попутчиков, то и дело встречающихся друг с другом. Но это не значит, будто они проводят все свое время сразу со всеми остальными членами коллектива; в рамках имеющегося множества попутчиков им постоянно приходится менять компанию. Упомянутое множество определяется как набор тех генов, которые потенциально могут встретиться с любыми другими генами из того же набора (но ни с одним геном из существующих на свете тридцати миллионов других наборов). Сами же встречи происходят внутри какой-либо клетки в организме белого медведя. И организм этот – отнюдь не пассивный резервуар для ДНК.
Начнем с того, что само количество клеток белого медведя, в каждой из которых имеется полный набор генов, поражает воображение: около девятисот миллионов миллионов для взрослого самца. Если выстроить все клетки единственной медвежьей особи в ряд, то получившуюся линию можно было бы протянуть отсюда до Луны и обратно. Эти клетки распределяются между парой сотен четко различимых клеточных типов, более или менее общих для всех млекопитающих: мышечные клетки, нервные клетки, клетки костей, кожи и так далее. Клетки, принадлежащие к каждому из этих определенных типов, собираются вместе, формируя ткани: мышечную, костную и прочие. Во всех этих непохожих друг на друга клетках содержатся генетические инструкции по производству любой из них. Однако работают в них только те гены, которые необходимы для соответствующей ткани. Вот почему клетки из разных тканей отличаются друг от друга по форме и размеру. Еще любопытнее то, что гены, включающиеся в том или ином типе клеток, делают так, чтобы образующаяся из этих клеток ткань тоже принимала определенную форму. Кости – это отнюдь не аморфная масса жесткой и прочной ткани. Каждая кость имеет особые очертания со свойственными ей полыми трубками, шишками, впадинами, выступами и отростками. Клетки, благодаря включающимся у них внутри генам, запрограммированы вести себя так, словно им известно, где они расположены относительно своих соседок по ткани и как им следует выстраиваться, чтобы приобрести форму ушной раковины, сердечного клапана, хрусталика или мышцы сфинктера.
Сложность организма, такого как полярный медведь, многослойна. Организм представляет собой замысловатую совокупность филигранно отделанных органов вроде печени, почек или костей. А каждый орган – это многоуровневое строение, составленное из определенных тканей, строительными блоками которых являются клетки, обычно расположенные слоями и пластами, но нередко образующие и плотные скопления. Если же увеличить масштаб, то каждая клетка обладает крайне сложной внутренней структурой из складчатых мембран. Эти мембраны, а также жидкость между ними, служат полигоном для протекания хитроумных и очень разнообразных химических реакций. На химзаводе, принадлежащем компании ICI или Union Carbide, может проводиться несколько сотен реакций различного типа. Эти химические реакции разграничены стенками колб, пробирок и тому подобного. Количество реакций, одновременно протекающих внутри живой клетки, может быть не меньшим. В каком-то смысле мембраны клетки сродни стеклянной химической посуде, но аналогия эта неудачна по двум причинам. Во-первых, хотя многие реакции идут между мембранами, немало их протекает и непосредственно внутри вещества мембран. Во-вторых, здесь существует и иной, более важный способ отграничивать реакции друг от друга: каждая из них катализируется своим собственным специфическим ферментом.
Ферментом называется очень крупная молекула, чья трехмерная структура ускоряет какую-то одну определенную химическую реакцию, обеспечивая благоприятную для протекания этой реакции поверхность. А поскольку трехмерная структура – это в биологических молекулах самое главное, мы можем представить себе фермент в виде большого станка, тщательно отлаженного для того, чтобы штамповать молекулы определенной формы. Таким образом, внутри каждой отдельно взятой клетки – на поверхности различных молекул ферментов – могут одновременно и обособленно друг от друга протекать сотни разнообразных химических реакций. То, какие именно реакции происходят в данной клетке, определяется наличием в ней тех или иных ферментов в достаточном количестве. Формирование каждой молекулы фермента, в том числе и придание ей столь необходимой пространственной структуры, обусловлено действием некоего конкретного гена. Дело в том, что точная последовательность нескольких сотен кодовых знаков в гене определяет – в соответствии с набором правил, доподлинно нам известных и называемых генетическим кодом, – последовательность аминокислот в молекуле фермента. Каждый фермент – это линейная цепочка аминокислот, а каждая линейная цепочка аминокислот спонтанно сворачивается в особенную, уникальную трехмерную структуру, наподобие узла, где одни участки цепи образуют сшивки с другими участками. Точная трехмерная структура такого узла определяется одномерной последовательностью аминокислот, а значит, одномерной последовательностью кодовых символов в гене. Вот каким образом химические реакции, протекающие в клетке, зависят от того, какие гены в ней работают.
Ну а от чего же в таком случае зависит включение тех или иных генов в конкретной клетке? Ответ: от того, какие химические вещества в ней уже имеются. Здесь есть что-то от парадокса про курицу и яйцо, но проблема эта не непреодолима. Принцип ее решения крайне прост, хотя подробности и трудны для понимания. В информатике этот принцип называется самозагрузкой. Когда я только начинал пользоваться компьютерами в 1960-е годы, все программы загружались при помощи бумажной ленты. (В Америке в те времена для этой цели нередко использовались перфокарты, но действовали они точно так же.) Прежде чем ввести в компьютер длиннющую ленту с какой-нибудь серьезной программой, следовало установить на него небольшую программу, называемую загрузчиком. Программа эта выполняла только одно действие: объясняла компьютеру, как загружать бумажные ленты. Но вот наш «курино-яичный» парадокс: как же можно было загрузить ленту с программой-загрузчиком? В современные компьютеры аналог такой программы встроен изначально, но в те далекие времена вам сперва приходилось щелкать переключателями в некой ритуальной последовательности, которая объясняла компьютеру, как прочесть начало ленты с программой-загрузчиком. Затем это начало сообщало ему, как прочесть следующий участок ленты, и так далее. По мере того как вся лента с программой-загрузчиком оказывалась заглочена компьютером, он уже умел читать любые бумажные ленты и был готов к использованию.