В 1994 году Дан Эрик Нильсон и Сюзанна Пелгер с помощью компьютера попытались выяснить, что может произойти с математической моделью светочувствительной поверхности, если предоставить ей возможность небольших случайных изменений, достижимых биологическим путем, причем сохранялись только изменения, повышающие восприимчивость к свету. Они обнаружили, что примерно через 400 000 поколений — для эволюции все равно, что глазом моргнуть — плоская поверхность постепенно превратилась в знакомый нам глаз с хрусталиком. В отличие от линз очков, такой хрусталик даже обладал способностью преломлять свет под разными углами в зависимости от расположения, как и хрусталик нашего глаза. Каждый крошечный шаг на пути развития означал появление существа с улучшенным «глазом», дающим преимущество по сравнению с предыдущей версией.
Так что нет никакого промежуточного этапа, на котором существовала бы «половина глаза». Были просто светочувствительные поверхности, которые все лучше и лучше справлялись со своими функциями.
С 1950-х годов мы открыли новый и принципиально важный элемент эволюционной мозаики, за знание о котором Дарвин отдал бы свою правую руку. Это физический, а точнее — химический, носитель, обеспечивающий изменчивость характерных черт организма и возможность их передачи между поколениями.
Вам известно это слово: ген.
Вам известно название этой молекулы: ДНК.
Вам даже известно, как она работает: ДНК — носитель генома, представляющего собой химический «чертеж» организма. Превращение ДНК в белки происходит с помощью генетического кода.
И, скорее всего, большая часть ваших знаний — это «ложь для детей».
Так же как и «выживание самых приспособленных» охватило воображение викторианцев, «ДНК» охватило воображение наших современников. Однако воображение процветает тогда, когда оно свободно — в неволе оно становится блеклым и слабым. Правда, в ограниченных условиях фантазии весьма успешно размножаются — ведь они защищены от ужасного хищника, имя которому — Мысль.
ДНК обладает двумя замечательными свойствами, которую имеют принципиальное значение в сложных химических процессах жизни: во-первых, она способна кодировать информацию, а во-вторых, эту информацию можно скопировать (Другие молекулы отвечают за обработку ДНК-информации, например, собирая белки согласно рецепту, записанному в ДНК). С этой точки зрения живой организм представляет собой некий молекулярный компьютер. Конечно, жизнь этим не ограничивается, но ДНК все равно остается в центре внимания любого вопроса о жизни на Земле. На молекулярном уровне ДНК — это наиболее важный «космический лифт» жизни — платформа, позволяющая жизни подняться на новые высоты.
Живые организмы устроены так сложно не потому, что они состоят из особого вида материи, как утверждало ныне устаревшее «виталистическое» учение, а благодаря тому, что эта материя организована весьма и весьма замысловатым образом. ДНК отвечает за множество вспомогательных операций, поддерживающих внутреннюю организацию живых существ. Каждая клетка любого (почти) организма содержит его геном — своего рода кодовое послание, записанное в ДНК и дающее указания насчет поведения этого организма на молекулярном уровне (Исключение составляют разнообразные вирусы, находящие на грани между живой и неживой материей — они используют немного другой код).
По этой причине стало возможным клонировать овечку Долли, взяв обычную клетку от взрослой овцы и вырастив из нее самостоятельное животное. На практике же для этого требуются три взрослых овцы. У первой нужно взять исходную клетку — назовем ее «мамой Долли». Затем нужно заставить ядро этой клетки забыть, что оно принадлежало взрослому животному, создав видимость его нахождения внутри яйцеклетки. Это ядро имплантируется в яйцеклетку второй овцы («донора яйцеклетки»). Наконец, полученная яйцеклетка вводится в матку третьей овцы («суррогатной матери»), где она и развивается в нормального ягненка.
Часто Долли называют идеальной копией своей «мамы», но это не совсем так. Хотя бы потому, что источником некоторых фрагментов ДНК Долли является не ее «мама», а донор яйцеклетки. Но даже если бы это различие удалось устранить, Долли все равно бы во многом отличалась от биологической «матери», поскольку ДНК содержит не полный перечень инструкций для «сборки овцы». ДНК больше похожа на рецепт — при этом подразумевается, что вы сами знаете, как нужно подготовить кухню. То есть в рецепте не говорится, к примеру «выложите смесь на смазанный маслом противень и поставьте его в духовку, нагретую до 400°F (около 205 °C — прим. пер.)» — там будет сказано: «поставьте смесь в духовку» в предположении, что вы сами выложите ее на противень и разогреете духовку до стандартной температуры. В частности, ДНК овцы не содержит весьма существенной инструкции «положите смесь внутрь овцы», однако это единственное место (пока что), где оплодотворенная яйцеклетка овцы может превратиться в ягненка. Так что даже суррогатная мать играет заметную роль в процессе «приготовления» Долли по «рецепту», записанному в ее ДНК.
Многие биологи считают это замечание несущественным — в конечном счете, донор яйцеклетки и суррогатная мать выполняют свои функции, благодаря тому, что информация об этих функциях присутствует в их ДНК. Однако неотъемлемой частью репродуктивного цикла могут быть факторы, не связанные с ДНК какого-либо организма. В качестве примера можно привести дрожжи — микроскопические грибы, способные превращать сахар в спирт, выделяя углекислый газ. К настоящему времени нам удалось полностью расшифровать ДНК-код одного из видов дрожжей. Тысячи ученых-экспериментаторов играли с дрожжами в генетические игры, чтобы затем отделить их ДНК в центрифуге и изучить генетический код. В ходе этого процесса на дне пробирки остается грязный осадок — поскольку это не ДНК, вы его выбрасываете, так как уверены, что ничего важного с точки зрения генетики там быть не может. Так все и делали, пока в 1997 году один генетик не задал глупый вопрос. Если это не ДНК, то зачем он нужен? И вообще, из чего состоит этот грязный осадок?
Ответ озадачил ученых, хотя и оказался простым. Прионы. Множество прионов.
Прион — это крохотная молекула белка, которая может выступать катализатором в процессе образования новых молекул белка, подобных ей самой. В отличие от ДНК, копирования при этом процессе не происходит. Вместо этого прионы используют уже существующие белки, устроенные почти так же, как и они сами, но не совсем — те же атомы, в том же порядке, но молекула свернута по-другому. Прион соединяется с таким белком, немного трясет его и придает ему форму приона. В итоге получается еще больше прионов и процесс ускоряется.
Прионы — это молекулярные проповедники: они создают себе подобных, обращая в неверующих в свою религию — а не за счет разделения на одинаковые молекулы-близнецы. Один из печально известных прионов, как считается, является источником ГЭКРС[85], так называемого «коровьего бешенства». Оказывается, преобразуемый им белок является ключевой составляющей мозга коров — по этой причине зараженные животные теряют координацию, бесцельно бродят, пускают слюну и кажутся безумными. Для чего прионы нужны дрожжам? Без прионов дрожжи не способны к размножению. Инструкции по созданию белков в ДНК дрожжей иногда производят белок, свернутый в неправильную форму. Когда дрожжевая клетка делится, она каждая половинка получает свою копию ДНК и часть прионов исходной клетки (их запас может быть пополнен за счет преобразования других белков). Таким образом, этот пример показывает, что даже на молекулярном уровне ДНК живого организма не дает о нем полной информации.
Мы еще многого не понимаем в системе кодирования ДНК, однако кое-в-чем мы смогли разобраться — например, в «генетическом коде». Некоторые фрагменты ДНК представляют собой инструкции по созданию белковых молекул. По сути, их можно довольно точно назвать чертежами белков, поскольку они точно перечисляют компоненты белка в правильном порядке. Белки состоят из ограниченного набора относительно коротких молекул, называемых аминокислотами. Для большинства организмов, в том числе и человека, этот набор содержит ровно 22 аминокислоты. Если соединить в один в ряд множество аминокислот и позволить их цепочке свернуться в достаточно компактный клубок, как раз и получится молекула белка. ДНК не содержит информацию о том, как нужно свернуть получившуюся молекулу, но, как правило, она сама сворачивается нужным образом. В тех случаях, когда этого не происходит, несколько вспомогательных молекул помогают ей принять правильную форму. Пока мы пишем эти строки, одна из таких молекул, известная как HSP90[86], переворачивает молекулярную генетику с ног на голову. Она «заставляет» белки принимать нормальную форму, даже если фрагмент ДНК, отвечающий за эти белки, содержит несколько мутаций. Когда организм находится в состоянии стресса, HSP90 используется для других целей, в результате чего эти скрытые мутации неожиданно становятся выраженными — белки принимают нестандартную форму, соответствующую своим мутировавшим кодам ДНК. Так что генетические изменения можно вызвать и вполне негенетическим способом.
