Закон «джунглей». В поисках формулы жизни
Шрифт:
Заготовка пищи преобразилась не менее радикально, чем медицина. Древнеримский крестьянин вполне узнал бы крестьянский инвентарь, использовавшийся в 1900 г., – плуг, мотыгу, борону, грабли, – но и помыслить не мог о той революции, которая впоследствии произошла. Всего за 100 лет средний урожай кукурузы увеличился более чем вчетверо – с 22 до 97 центнеров с гектара. Аналогичный прирост был достигнут для пшеницы, риса, арахиса, картофеля и других культур. Благодаря развитию биологии с появлением новых сортов зерновых, пород скота, инсектицидов, гербицидов, антибиотиков, гормонов, удобрений, а также благодаря механизации прежние сельскохозяйственные
Медицинские и агротехнические достижения прошлого века оказали колоссальный суммарный эффект на биологию человека. Население планеты стремительно увеличилось с 2 млрд человек в начале прошлого века до сегодняшних более чем 7 млрд. Человечеству понадобилось 200 000 лет, чтобы превысить численность в 1 млрд (это произошло в 1804 г.), а теперь каждые 12–14 лет число людей увеличивается на 1 млрд. Ожидаемая продолжительность жизни американцев, родившихся в 1900 г., составляла 46 лет для мужчин и 48 – для женщин. Для тех, кто родился в 2000 г., эти показатели равны соответственно 74 и 80 годам. По сравнению с темпами изменений в дикой природе такой двукратный прирост за столь краткий период ошеломителен.
Как верно отметил Пол Саймон, «настали времена чудес».
Законы и правила
Нашим господством, нашей властью над растениями, животными и человеческим телом мы обязаны тому, что научились контролировать биологию на молекулярном уровне, и число этих знаний и сегодня растет лавинообразно. Однако самый важный усвоенный нами урок о человеческой жизни на молекулярном уровне таков: все подчинено правилам. Вот что имеется в виду под данным общим тезисом.
• Все молекулы в организме – от ферментов и гормонов до липидов, солей и других соединений – присутствуют в определенной концентрации. Так, некоторые молекулы встречаются в крови в 10 млн раз чаще молекул других веществ.
• Все виды клеток в организме – эритроциты, лейкоциты, клетки кожи, слизистая оболочка кишечника, а также клетки еще более чем 200 других тканей – порождаются и существуют в организме в определенном количестве.
• Все процессы в организме – от деления клеток до расщепления сахара, овуляции и сна – регулируются определенным веществом или набором веществ.
Оказывается, что большинство болезней возникают в результате сбоя этих процессов, когда возникает недостаток или избыток тех или иных веществ. Например, когда поджелудочная железа синтезирует слишком мало инсулина, возникает диабет. А когда в крови накапливается слишком много «вредного» холестерина, может начаться атеросклероз и случиться сердечный приступ. Когда выходит из строя механизм, регулирующий нормальное деление клеток, может развиться рак.
Чтобы бороться с болезнью, мы должны знать, каким законам она подчиняется. Задача молекулярного биолога (этим термином я именую любых ученых, изучающих жизнь на молекулярном уровне) – выяснить, какие «игроки» (молекулы), если выражаться спортивным языком, вовлечены в тот или иной процесс и по каким правилам они «играют». В течение последних пятидесяти с лишним лет мы изучали законы, от которых зависит уровень различных веществ в организме – разнообразных
Сегодня аптечные полки заставлены плодами полученных знаний. Вооружившись информацией о молекулярной природе биологической регуляции, мы разработали массу лекарств, нормализующих уровни критически важных молекул или типов клеток, возвращающих их концентрацию в нормальный, «здоровый» диапазон. Действительно, большинство из 50 важнейших фармацевтических препаратов (суммарная выручка от продажи которых в 2013 г. составила 187 млрд долл.) непосредственно связаны с революцией в молекулярной биологии.
Когорта молекулярных биологов, к которой принадлежу и я, по праву гордится своим общим вкладом в человеческое долголетие и качество жизни. Драматические достижения в расшифровке информации генома человека предвосхищают новую волну прорывных открытий в медицине, поскольку позволяют разрабатывать более избирательные и мощные препараты. Революция в понимании тех правил, которым подчиняется наша биология, будет продолжаться. Одна из целей данной книги – рассмотреть эту революцию в ретроспективе и подумать, куда она нас ведет.
Но жизнь подчиняется законам не только на молекулярном уровне, а молекулярная биология – не единственная биологическая дисциплина, преобразившаяся за последние полвека. Биология стремится понять законы, управляющие жизнью на всех уровнях. Наряду с вышеупомянутой революцией в биологии совершается еще одна революция, правда, менее заметная. За ней стоят биологи, открывающие законы природы в гораздо более крупных масштабах. Эти законы не менее важны для нашего благополучия в будущем, чем любые механизмы молекулярной биологии, которые мы когда-либо можем открыть.
Закон джунглей
Вторая революция началась, когда некоторые биологи задались простыми, казалось бы, даже наивными вопросами: «Почему наша планета зеленая?», «Почему животные едят не всякую пищу?», «Что происходит, когда некоторые животные покидают места обитания?» Поиск ответов на эти вопросы позволил понять, что существуют не только молекулярные законы, регулирующие содержание различных молекул и клеток в организме, но и законы экологические, регулирующие количество и биоразнообразие животных и растений в любом месте.
Я назову эти экологические правила «законом джунглей», поскольку именно в дикой природе их удалось хорошо документировать в ходе героических долгосрочных исследований, а также потому, что эти законы определяют, например, сколько львов или слонов может существовать в африканской саванне, и они же помогают нам понять, что произойдет, если львы покинут свои охотничьи угодья.
По этим законам живут не только в джунглях. Они действуют во всем мире: на суше, в океанах, озерах и т. д. Я с тем же успехом мог назвать их «законом озера Эри», но этот вариант звучит не так пафосно. Эти законы одновременно удивительны и глубоки: удивительны потому, что объясняют неочевидные взаимосвязи между живыми существами, а глубоки потому, что определяют способность природы порождать животных, растений, деревья, давать чистую воду и чистый воздух, которые нам жизненно необходимы.