Похвала "глупости" хромосомы: исповедь непокорной молекулы [4 ed.] 9785001010180, 9785001017721

Table of contents :
pohvala_gluposti_hromosomy_ispoved_nepokornoj_molekuly_1-32
pohvala_gluposti_hromosomy_ispoved_nepokornoj_molekuly_33-64
pohvala_gluposti_hromosomy_ispoved_nepokornoj_molekuly_65-96
pohvala_gluposti_hromosomy_ispoved_nepokornoj_molekuly_97-128
pohvala_gluposti_hromosomy_ispoved_nepokornoj_molekuly_129-160
pohvala_gluposti_hromosomy_ispoved_nepokornoj_molekuly_161-192
pohvala_gluposti_hromosomy_ispoved_nepokornoj_molekuly_193-224
pohvala_gluposti_hromosomy_ispoved_nepokornoj_molekuly_225-256
pohvala_gluposti_hromosomy_ispoved_nepokornoj_molekuly_257-288
pohvala_gluposti_hromosomy_ispoved_nepokornoj_molekuly_289-315

Citation preview

А. Лима-де-Фариа

ПОХВАЛА «ГЛУПОСТИ» ХРОМОСОМЫ Исповедь непокорной молекулы

ПОХВАЛА «ГЛУПОСТИ» ХРОМОСОМЫ

PRAISE OF CHROMOSOME «FOLLY» Confessions of an Untamed Molecular Structure

Antonio Lima-de-Faria Lund University, Sweden

World Scientific NEW JERSEY • LONDON • SINGAPORE • BEIJING • SHANGHAI • HONG KONG • TAIPEI • CHENNAI

А. Лима-де-Фариа

ПОХВАЛА «ГЛУПОСТИ» ХРОМОСОМЫ Исповедь непокорной молекулы Перевод с английского канд. биол. наук А. А. Быстрицкого под редакцией члена-корр. РАН, профессора, доктора биол. наук С. В. Разина

4-е издание, электронное

Москва Лаборатория знаний 2020

УДК 575+576 ББК 28.0 Л58 Л58

Лима-де-Фариа А. Похвала «глупости» хромосомы. Исповедь непокорной молекулы / А. Лима-де-Фариа ; пер. с англ. — 4-е изд., электрон. — М. : Лаборатория знаний, 2020. — 315 с. — Систем. требования: Adobe Reader XI ; экран 10". — Загл. с титул. экрана. — Текст : электронный. ISBN 978-5-00101-772-1 Книга, написанная известным шведским ученым, рассказывает о молекулярной организации хромосом, их строении и свойствах, а также о проблемах эволюции. Хорошо проясняют тему тщательно подобранные красочные иллюстрации. Книга вносит значительный вклад в общую дискуссию о строении, свойствах хромосом и об эволюции живых организмов. Для специалистов-генетиков, эволюционистов, молекулярных биологов, биотехнологов и цитологов, а также для аспирантов, студентов и интересующихся проблемами клеточного генома. УДК 575+576 ББК 28.0

Деривативное издание на основе печатного аналога: Похвала «глупости» хромосомы. Исповедь непокорной молекулы / А. Лима-де-Фариа ; пер. с англ. — 3-е изд. — М. : Лаборатория знаний, 2016. — 312 с. : ил. — ISBN 978-5-00101-018-0.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации c 2008 by World Scientific Publishing Copyright ○ Co. Pte. Ltd. All rights reserved. This book, or parts thereof, may not be reproduced in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, recording or any information storage and retrieval system now known or to be invented, without written permission from the Publisher. Russian translation arranged with World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., Singapore. c Перевод на русский язык, Лаборатория ○ ISBN 978-5-00101-772-1 знаний, 2015

К читателю

Начинать книгу с обращения к читателю, возможно, не совсем уместно, однако название книги настолько нетрадиционно, что требует некоторого объяснения. Почему столь серьезная тема, как молекулярная организация хромосомы, представлена в форме сатиры? Причина проста, хотя и не очевидна. С одной стороны, за двумя Мировыми войнами последовал длительный период холодной войны, характеризовавшийся жестокой экономической и политической конфронтацией, сузившей пространство «интеллектуального маневра». С другой стороны, глобализация привела к значительному экономическому и технологическому росту, сделавшему возможной реализацию крупномасштабных проектов. Однако необходимым элементом этих проектов является получение практической пользы, что потребовало направить научные усилия в определенное русло. Следующими шагами стали поглощения малых научных издательств ведущими международными издательскими концернами, а также слияния самих этих издательских гигантов, что повлекло за собой снижение разнообразия мнений. То же происходило и с научными журналами. Возможности для публикаций сократились до нескольких ведущих журналов, а статьи из низкоранговых не цитируются. Отсутствие альтернатив для публикации результатов выдающиеся ученые из США и Великобритании, понимая сложившуюся ситуацию, предложили некоторые изменения. Но их воплощение в жизнь столкнулось с проблемами. Лоуренс в 2003 году констатировал: «Журнал Nature сейчас получает около 9000 рукописей статей в год (что вдвое превосходит аналогичный показатель 10 лет назад) и вынужден отклонять около 95% биомедицинских ста-

6

К читателю

тей» [2]. «Множество проблем при публикации научных статей, – добавляет ученый, – Способствует формированию антинаучной культуры». Ситуация еще больше осложняется, когда в дело вступают правительственные интересы. В свете таких стремительных изменений журнал New Scientist не смог не опубликовать в 2007 году редакторскую колонку под заголовком «Грязные игры. Если наука не вписывается в ваше политическое кредо — подавляйте ее» [1]. Эта статья ссылается на «Атмосферу давления» — доклад, опубликованный в 2007 году Союзом обеспокоенных ученых (Union of Concerned Scientists) и Правительственной программой подотчетности (Government Accountability Project). Колонка заканчивалась выводом: «Все мы знаем, что результаты научных исследований используются или игнорируются правительствами в зависимости от идеологических задач». То же самое делают и исследователи, чьи работы финансируются государственными фондами. По-видимому, сложившийсяв западном обществе идеологический вакуум, который проявляется в различных культурных и научных аспектах, обусловлен несколькими факторами. Эта книга для тех, кто осознал, что научное познание — непрерывный процесс, который в каждый конкретный момент предлагает только частичное объяснение известных явлений. Книга адресована тем пытливым умам, которые испытывают сомнения в правильности доминирующих красиво сформулированных идей и ищут альтернативные объяснения. Дорогой читатель, если твой разум замкнут на традиционные позиции в науке, отложи эту книгу. Более того, если твоя позиция — эскапистская и ретроградная, это не та книга, которую ты искал.

Цитированная литература 1.

Editorial (2007) Dirty tricks. If science doesn’t suit your political viewpoint, suppress it. New Sci (Feb. 3rd 2007): 5.

2.

Lawrence P. A. (2003) The politics of publication. Authors, reviewers and editors must act to protect the quality of research. Nature 422: 259–261.

Вступительное слово*

Я постарался по возможности не использовать специальных терминов. Там же, где избежать этого не удалось, все термины объяснены. Цитология — это изучение структуры и функций клетки, а генетика занимается наследственностью. В 1960-х годах благодаря появлению новых биохимических методов исследования в сочетании с электронной микроскопией и методом введения радиоактивных меток цитология и генетика были объединены на этой новой почве, в новую дисциплину — молекулярную цитогенетику. Двумя десятилетиями позже это научное направление стало широко известно как молекулярная биология.* Хромосома — наиболее важная их всех клеточных органелл, основной носитель генетической информации. У организмов, клетки которых лишены ядер (такие существа называются «прокариоты»), например у бактерий, хромосома — это кольцевая молекула ДНК, свободно плавующая в цитоплазме. С некоторыми ее частями связаны молекулы белков. У организмов, имеющих клеточное ядро («эукариоты»), хромосома — нитевидная структура, состоящая из скелетных белков, основных белков (которые называются «гистоны») и ДНК. Именно ДНК несет генетическую информацию. Помимо ядра, в эукариотической клетке есть и другие органеллы — митохондрии и хлоропласты, содержащие свои собственные хромосомы в виде кольцевых молекул * Внимательный читатель, безусловно, будет озадачен некоторыми несоответствиями и нестыковками, в том числе фактического характера. Разумеется, это не ускользнуло и от нашего внимания. В некоторых случаях эти неточности явно допущены автором сознательно, в целях упрощения чтения и понимания книги. Иногда мотивы не столь ясны. Тем не менее после длительных раздумий мы решили не вмешиваться в авторский текст и переводить его как есть. Воля автора — закон для переводчика. — Андрей Быстрицкий, Сергей Разин.

8

Вступительное слово

ДНК, которые также несут генетическую информацию. Как правило, эти хромосомы меньше, чем расположенные в ядре. В любом случае генетическая информация закодирована последовательностью оснований в цепи ДНК. Передача генетической информации с ДНК происходит путем создания информационной РНК, последовательность оснований которой комплементарна таковой в ДНК. Этот процесс носит название «транскрипция» и в свою очередь, приводит к синтезу определенного белка («трансляции»). Процесс может быть обращен вспять, когда РНК транскрибируется в молекулу ДНК с помощью фермента обратной транскриптазы; эти события происходят при некоторых вирусных инфекциях. Антонио Лима-де-Фариа

Часть 1 Источник «глупости» и причина исповеди

1.

Я — неприметное и непривлекательное создание, накрашенное губной помадой

Я столь неприметна, что никому не различить меня невооруженным глазом. Моя длина обычно от 0,001 до 0,01 мм. Столетиями никто не подозревал о самом моем существовании. Вот почему меня не разыскать на древнеегипетских настеных росписях о травах и зверях. Вот почему меня не найти в Сикстинской капелле на фресках Микеланджело о сотворении мира. И вот почему уже в новые времена меня нет ни на одной из 20 000 работ Пикассо. Никто не подозревал о моем существовании, пока не был изобретен микроскоп, способный увеличить вещи в 1000 раз. Но это был нелегкий путь. Надо было разбить органы и ткани растений и животных до тех «атомов живого», которыми являются клетки. И клетки тоже надо было разбить, чтобы в самых их недрах найти меня в компании с другими неуловимыми молекулярными структурами (рис. 1.1). Заточенная в этой темнице, повсюду окруженная толстыми мембранами и стенами, я смотрюсь бледной и прозрачной, и сложно отличить меня от окруженья моего. Важные дамы из высшего общества накрашивали щеки и губы кармином, который добывали из букашек, обитаю-

10

1. Источник «глупости» и причина исповеди

щих на кактусах тропической Америки. А если каплю кармина капнуть на раздавленную клетку, я становлюсь розовой — и различимой. Клетка

Oрганеллы

Ядро Митохондрии Хлоропласты

Надмолекулярные ансамбли Масса частиц 106–109

Ферментные комплексы Рибосомы Сократимые структуры

Макромолекулы Мол. масса 103–109

Нуклеиновые кислоты

Белки

Полисахариды

Липиды

Сложные мономеры Мол. масса 100–350

Мононуклеотиды

Аминокислоты

Простые сахара

Жирные кислоты, глицерин

Промежуточные соединения Мол. масса 50–250

Рибоза, карбамоилфосфат

α-Кетокислоты

Фосфопируват, малат

Ацетат, малонат

Простые соединения из окружающей среды Мол. масса 18–44

CO2 H 2O N2

1. Источник «глупости» и причина исповеди

11

Кармином красились уже русская императрица Екатерина Великая (1729–1796) и маркиза де Помпадур (1721–1764). И тогда же натуралисты нашли на снежных склонах Альп прекрасные синие цветы горечавки. Экстракт этих цветов придает мне выразительный пурпурный цвет. А позже я надевала роскошные красный, фиолетовый, зеленый цвета и даже, в наше время, сверкающие флуоресцентные. Я представала столь же яркой, как оперение тропической птицы (рис. 1.2)! Мне так к лицу эти модные одежды, что немецкий цитолог Вальдейер назвал меня «хромосома» от греческих слов «хрома» — «цвет» и «сома» — «тело» [42]. Было это в 1888 году. Это имя настолько подошло мне, что меня зовут так и по сей день.

2.

Говорят, я похожа на сосиску

Но еще до покраски меня пропитали спиртом, формалином и другими веществами, чтобы сохранить мое тело. По сути меня забальзамировали, как бальзамировали египетские мумии, чтобы сохранить их на тысячелетия в саркофагах. Столь решительное обхождение спутало мою внутреннюю структуру, а внешнюю поверхность сделало гладкой, как саркофаг мумии. Во время клеточного деления, когда я лучше всего видна, я была похожа на вытянутый цилиндр (рис. 1.2).

◄ Рис. 1.1. Последовательные уровни организации клетки. Предшественниками крупных молекул являются простые соединения в окружающей среде. Затем из сложных мономеров образуются макромолекулы  —  нуклеиновые кислоты, белки, полисахариды и липиды, из которых в свою очередь формируются надмолекулярные ансамбли, такие как рибосомы, где идет биосинтез белка. Следующий шаг  —  органеллы, и, наконец, сама клетка. Хромосомы есть в  ядре, митохондриях и  хлоропластах. Митохондриальные и хлоропластные хромосомы  —  маленькие рудиментарные структуры; основная генетическая информация организма содержится в  хромосомах ядра

12

1. Источник «глупости» и причина исповеди

Я похожа, если позволено будет прибегнуть к гастрономическим терминам, на сосиску или даже на связку сосисок с перетяжкой посередине, там, где расположена моя центромера — место, важное для моего движения. Эта перетяжка делит мое тело на то, что цитологи называют

а

б

в

1. Источник «глупости» и причина исповеди

13

«плечами» — хотя у меня нет ни плеч, ни рук, ни ног. И более того, если у сосиски есть кожица, то у меня, на удивление, нет даже внешней мембраны. Много лет цитологи были уверены, что у меня со столь четко очерченным телом должна быть плотная оболочка. Этим я отличаюсь от прочих клеточных органелл. Мои границы — продукт моего внутреннего молекулярного устройства.

3.

Клетка — мой зáмок и моя темница, но, как одалиске в гареме, мне дозволено плавать и танцевать

Клетка — мой замок, но и, несомненно, моя тюрьма: мне никогда не выбраться, и никогда я не знала другого обиталища. Я приговорена к этому вечному заточению. Но не так все мрачно: в этих стенах я развлекаюсь множеством забав.

◄ Рис. 1.2. Окрашенные хромосомы и  перемещения хромосом при де-

лении клетки. a  —  в центральной части расположена так называемая метафазная пластинка  —  все 46 хромосом человеческой клетки (по 23 от матери и  от отца) в  состоянии наибольшей компактности разместившиеся в  экваторилаьной части клетки перед тем, как разойтись по дочерним клеткам. Применена окраска, при которой большинство хромосом слабо окрашено в  синий цвет, а  некоторые пары хромосом окрашены ярко: хромосомы 12  —  в  желтый цвет, хромосомы 1  —  в  красный и  хромосомы 4  —  в  зеленый. Слева видны три, а справа  —  два ядра дочерних клеток на разных стадиях формирования и расхождения. В  ядрах хорошо различаются области, занимаемые разными хромосомами. Фотография любезно предоставлена H. Scherthan, Мюнхен, ФРГ. б  —  хромосомы делящейся клетки пыльцы лилии. Своей средней частью, где расположена центромера, хромосомы присоединяются к  нитям веретена деления, которые тянут дочерние хромосомы к  противоположным полюсам клетки. Как и у других растений, у лилии нет астеров веретена и центриолей. в  —  деление животной клетки. По  сравнению с  растениями появились два новых компонента веретена: звезды (нити, расходящиеся от полюсов веретена во все стороны, а  не только к  хромосомам) и  центриоли (парные органеллы на  полюсах, от  которых расходятся и  нити веретена, и  звезды)

14

1. Источник «глупости» и причина исповеди

Рис. 1.3. Хромосомы так же заточены в клетке, как рыбы в аквариуме. Хромосомы процветают в своем мирке, но гибнут за его пределами. «Красные рыбки» французского художника Анри Матисса (1869–1954), работа 1911 г.

Посреди клетки — большой бассейн наподобие шара. Его называют «ядро». Основное время я там, плаваю из стороны в сторону, как рыбка в аквариуме (рис. 1.3). Я блистала в фильмах, элегантно кружа, как одалиска в восточном гареме, в том, что называют «ядерный сок». Но все течет, все меняется. Однажды стены этого уютного аквариума падут, и я окажусь в неприветливой цитоплазме. Она гораздо более вязкая, чем моя предыдущая обитель.

1. Источник «глупости» и причина исповеди

15

Мне не остается ничего другого, кроме как постараться как можно быстрее выбраться из этого положения. Вместе с товарищами мы приступаем к танцу, хореография которого отточена веками [32]. Мы начинаем, обзаведясь лентами, и двигаемся вперед и назад в середине клетки. Как в балете под звуки Венского вальса, мы танцуем и под конец расходимся в противоположные углы клетки. Затем музыка смолкает, и части оболочки ядра, оставшиеся в цитоплазме в ожидании конца представления, собираются со всех сторон. Они стремятся к нам и быстро соединяются в новое ядро. Внезапно я вновь заточена в своем персональном аквариуме, скрытая от судорожных химических реакций, бурлящих в клетке. Ничего подобного не происходит в тихом мирке ядра, где я могу создать свою копию и приготовить наследника в восхитительной тиши. В моем положении масса преимуществ, несмотря на такое же множество препон. Если бы я приняла обличье вируса, то могла бы сбежать из клетки, обретя структуру кристалла. Но бегство — иллюзия. Для воспроизводства мне придется вновь войти в клетку, и только в ее молекулярной мастерской смогу я создать потомство [28]. Возврат в тюрьму клетки неизбежен (рис. 1.4).

4.

Мой стриптиз, или как я облачаюсь и разоблачаюсь при каждом делении клетки

Есть и другая, прямо-таки глупая, сторона моего поведения. Нескромные режиссеры, установив кинокамеры на микроскопы, засняли мою личную жизнь. На этих кадрах с растительными и животными клетками видно, как я постоянно меняю наряды [4]. Плавая в ядре, я даже не одеваю купальник. Меня ни прикрывает ни одна мембрана, в отличие от прочих органелл. При делении клетки я устраиваю настоящий стриптиз, но наоборот — начинаю обнаженной и последовательно облачаюсь. Затем я вновь раздеваюсь, возвращаясь к костюму Адама и Евы, даже без фигового листка.

16

1. Источник «глупости» и причина исповеди

Рис. 1.4. Аквариум как символ пределов жизни. Матисс, как никакой другой художник, был пленен этим сюжетом. В  его холстах и эскизах он встречается не менее восьми раз. Дважды из-под его кисти выходили женщины, поглощенные созерцанием плененных в аквариуме рыб. «Женщина перед аквариумом», 1921 год

Во время этого шоу я изобретательна, как цирковой клоун. В начале мое платье собирается из витиеватых маленьких украшений, называемых «хромомеры», в то время как мои нити закручиваются в маленькие спирали. Я незамечена публикой, и через минуту на мне уже следующий наряд, а в это время я, словно акробат, удлиняюсь и сокращаюсь (рис. 1.5). По мере того как деление клетки продвигается, меня извергает из моего «аквариума» в холодную негостеприимную цитоплазму. Радостная, но дрожащая, я спасаюсь съеживанием, и будто бы укутываюсь в меха (рис. 1.6). Когда же я достигаю полюсов веретена и замираю там, приходит время разоблачаться. Но я иду даже

1. Источник «глупости» и причина исповеди

17

Масштаб 5 мкм

а

1

б

2

3

Рис. 1.5. В ходе индивидуального развития организма форма и размер хромосомы изменяются очень сильно. а  — хромосома 4 плодовой мушки D. melanogaster в  клетках слюнных желез достигает в длину 16 мкм, а в клетках-предшественниках  — лишь долей микрометра (вверху справа, указана стрелкой). б  — хромосомы акулы Pristiurus на разных стадиях развития яйца (все рисунки в  одном масштабе). 1  — максимальный размер; 2  — промежуточная стадия; 3  — перед вылуплением

18

1. Источник «глупости» и причина исповеди

дальше и становлюсь невидимой, делая это столь искусно, как неподвластно ни одному волшебнику. Во время «покоящегося ядра» никто не в состоянии увидеть меня, хотя я здесь и готова к новому представлению, как только поднимется занавес следующего деления (рис. 1.7). А

Б

В

Г

Д

Е

Ж

З

И

К

Л

М

Н

10 мкм

О

П

1. Источник «глупости» и причина исповеди

19

Поразительно, но этот спектакль, где я танцор, клоун, акробат и маг в одном лице, идет с появления первой клетки простейших, бессчетное число раз. Как мюзиклы, месяцами идущие на Бродвее, это шоу — деление клетки — не сходит со сцены уже миллионы лет.

5.

Я создала свой собственный мир, полный хитростей, черных ходов и новинок — я необузданный изобретатель

Быть независимой, никогда не поддаваться чужому мнению или действию — вот мой девиз, точнее, принцип, которому я всегда следую. Как мне удалось выжить в миллиардах и миллиардах делений, скопировав себя в неисчислимом количестве потомков, постоянно меняя одежды и кров, и не погибнуть в юности? Если бы не это кредо, я уже давно лежала, сраженная, меня бы просто не было. Мне следует полагаться прежде всего на свои силы, но, чтобы выжить, мне надо прибегать к хитростям, не пренебрегать черными ходами и не чураться новшеств.

◄ Рис. 1.6. Хромосома может меняться в размере в 15 раз —

от 107 до 7 мкм.

У растения Ornithogalum virens только 3 хромосомы. Так они выглядят на разных стадиях клеточного деления в  разных тканях: хромосома I  (A–Д), II  (Е–К) и  III (Л–П). В  первой профазе мейоза каждая хромосома сильно растянута, и  в  каждой различимы более 100 хромомеров (A, Е, Л). Во  второй профазе мейоза пыльцевой клетки хромосомы значительно меньше, но  характерная последовательность хромомеров все еще хорошо различима (Б, Ж, М). В  поздней профазе (диакинезе) (В, З, Н) спаренные хромосомы начинают расходиться, значительно уменьшившись в  размерах. В  метафазе митоза они выглядят, как маленькие стержни (Г, И, О). Наконец, в  метафазе I  мейоза хромосомы крайне конденсированы (Д, К, П). В последующих делениях хромосомы вновь становятся большими, и  цикл повторяется вновь и  вновь. Мейоз  — это клеточное деление, при котором образуются половые клетки (см. рис. 1.8), а  митозом делятся большинство остальных клеток организма. Профаза и метафаза  — ранняя и  поздняя стадии этих процессов соответственно

20

1. Источник «глупости» и причина исповеди

Митохондрии Комплекс Гольджи Гранулы гликогена Ядерная мембрана Лизосома Ядерная пора Ядро Хроматин

Эндоплазматический ретикулум

Рис. 1.7. Хромосомы могут быть невидимками. Электронная микрофотография клетки печени крысы. В  центре крупного покоящегося ядра отчетливо видно ядрышко (см. также рис. 1.8), но не хромосомы. Это обычная ситуация  — в ядрах дифференцированных клеток хромосомы становятся неразличимы. Сравните с  рис. 1.2, где с  помощью специальной методики удалось выявить отдельные хромосомы

Хитростей множество. Упомяну только некоторые. На заре эволюции, живя в бактериях, я не нуждалась в концах, так как я была кольцевой. Но когда появилась ядро, а я стала линейной, я столкнулась с проблемой: как поступить с моим новым обретением — концами? Для начала я надела на них защитные колпачки — тепломеры. Затем я придумала и сделала себе специальные места, которыми я цепляюсь за ленты веретена, и путешествие к полюсам клетки во время деления стало гораздо комфортабельнее. Эти места — центромеры, раньше я о них даже и не задумывалась. Подобно скарабею, собирающему шарики навоза и упорно катящему их в свою норку день за днем, я тоже создала большой шар из рибосомных РНК

1. Источник «глупости» и причина исповеди

21

и белков под названием «ядрышко», который таскаю на спине в моих путешествиях по ядру. Это тоже мое изобретение, потому что такого РНК-белкового мяча не было в древних бактериальных хромосомах (рис. 1.8). А еще я умею доводить до тесных объятий хромосомы отца и матери. Тогда они выстраиваются друг вдоль друга и остаются вместе на протяжении всего особого типа деления, которое цитологи называют «мейоз». Это название означает, что хромосом в образующихся после такого деления клетках становится вдвое меньше, и эти клетки — гаметы, которые нужны для полового размножения растений и животных: спермии и яйцеклетки (рис. 1.8). Как бы я могла защититься от врагов, если бы у меня не были припасены хорошо замаскированные потайные ходы? Среди множества других я несу надежно скрытые гены. Их не так-то легко увидеть, потому что обычно они не работают, но могут включиться некоторым сигналом. Это псевдогены. Я могу внезапно изменить функцию какого-то своего участка, придав ей роль совсем другого места, и для этого я пользуюсь эффектами дальнодействия с помощью белков и малых РНК [11, 29]. Наиболее важный момент моего существования — репликация, при которой я создаю свою полную копию. Но стоит произойти температурным или другим отклонениям во внешней среде — и готовы ошибки. Но я всегда на страже. Мне достаточно вызвать специальные белки, и они найдут и исправят любые ошибки [45]. Это, несомненно, одно из самых впечатляющих моих достижений. Без него ни одна хромосома на планете не смогла бы просуществовать так долго.

6.

Мое происхождение скромно — в моем устройстве отметины противоречивой природы материи

Изучение возникновения и развития Вселенной — вотчина астрофизики. В картине мира, которую предлагают нам современые физики, звезды и галактики нахо-

22

1. Источник «глупости» и причина исповеди

дятся в грандиозном динамическом равновесии. Звезды взрываются, порождая сонмы новых звезд; другие же схлопываются в «черные дыры» чудовищной плотности. Вселенная — дикий мир. Повсюду что-то образуется и аннигилирует, непрерывно создавая свет и тьму [7, 23]. Более того, бок о бок с элементарными частицами, слагающими материю, существуют и обнаружены античастицы: антиэлектроны (позитроны), антипротоны и антинейтроны [2, 33, 37]. Взаимосуществование материи и антиматерии — важная часть единства и борьбы противоположностей (рис. 1.9).

Мейоз

10 мкм

зиготена

пахитена

диплотена

диакинез

метафаза

анафаза

а

б

1. Источник «глупости» и причина исповеди

23

Именно в этом противоречивом мире возникла хромосома, в том месте и в тот момент, когда эти судороги немного утихли. Подобно титану Атланту, державшему на своих бугристых плечах тяжесть небосвода, я несу в своем теле все противоречия и ограничения ранней Вселенной. Когда я родилась, уже не появлялось новых протонов и нейтронов, и даже атомов. При изучении химического состава звезд с помощью спектрографии и других методов было показано, что вся Вселенная построена из тех же химических элементов, что и живые существа [46]. С тех пор, как возникла жизнь, — и я — состав Вселенной остался неизменен, как и законы мироздания. Вот почему я несу в себе бремя противоречивости материи: в моем устройстве запечатлена двойственность моего поведения.

7.

Источник моей «глупости» — раздвоение личности

Попытка унаследовать несовместимое привела меня к раздвоению личности. Поколения ученых были за-

◄ Рис. 1.8. Спаривание и компактизация хромосом и сферическая

форма ядрышка.

а  — мейоз  — особая форма клеточного деления в  ходе созревания половых клеток, при которой количество хромосом в клетке уменьшается вдвое. В начале этого процесса материнские и отцовские хромосомы сближаются и спариваются (первые стадии мейоза  — зиготена и пахитена). Исходно хромосомы очень длинны, и  на их протяжении можно различить элементы внутренней структуры  — хромомеры. На  следующей стадии  — диплотене  — хромосомы обмениваются фрагментами. Этот процесс называют «кроссинговер». Затем в  метафазе ядро исчезает, а  хромосомы претерпевают значительное уменьшение размеров, после чего в  анафазе начинают расходиться к  полюсам веретена деления. б  — хромосомы ржи во время мейоза сохраняют ядрышко. У  большинства растений и  животных оно выглядит как крупная сфера, состоящая из РНК и белка, в определенном месте прикрепленная к хромосоме. Остальная часть хромосомы обладает стандартной хромомерной структурой

24

1. Источник «глупости» и причина исповеди

а

Вещество

Антивещество Элементарные частицы

Протон Нейтрон Электрон

Позитрон Антинейтрон Антипротон

+

0

–

Заряд

+

0

–

1836

1937

1

Масса

1

1837

1836

Атом водорода Электрон

–

Позитрон

–

+

–

Протон

Антипротон Тяжелый водород

Электрон

Позитрон

+

– +

–

Нейтрон

Протон

Антинейтрон

Антипротон

Гелий 2 Электрона

Ядро

+

Ядро

– –

+

2 Протона

б Название

2 Позитрона

+

–

2 Нейтрона

–

2 Антинейтрона+

Частица Обозначение

2 Антипротона

Античастица Состав

Название

Обозначение

Состав

Протон

p

u

u d

Антипротон

p

u

u

d

Нейтрон

n

u

u d

Антинейтрон

n

u

d

d

Положительный пион

π+

d

Отрицательный пион

π

Нейтральный пион

π0

Нейтральный пион

π0

Нейтральный каон

К0

d

s

Нейтральный анти-каон

К0

s

d

Нейтральный B-мезон

B0

d

b

Нейтральный анти-B-мезон

B0

d

b

u u

u

–

d d

d u

u

u

–

d d

1. Источник «глупости» и причина исповеди

25

путаны и озадачены. Созданием какого рода является хромосома? Пластична ли она, постоянно изменяющаяся в бесконечных мутациях и перестройках, или статична, предстающая все такой же в каждом клеточном делении и каждом новом организме? Сложнее всего оказалось примирить эти противоположные качества. Все доступные свидетельства показали, что на самом деле хромосома ведет себя двояко: она пластична и в то же самое время непоколебима. Моя пластичность немыслима. За миллионы лет я прошла через все виды структурных изменений. Они были моим привычным поведением. Я могу перенести значительную часть своего тела в другое место или даже на другую хромосому без ущерба для своего существования. Большие фрагменты ДНК можно перевернуть, и гены внезапно окажутся на другом краю моего тела. Потери-делеции и удвоения генов — моя повседневность. Я даже изобрела «кроссинговер» (от англ. crossing-over – пересечение), приводящий к обмену участками между материнской и отцовской хромосомами, когда они спариваются при образовании половых клеток (см. рис. 1.8). Эти перестройки структуры — обязательная часть моего поведения. В результате транслокаций и инверсий, а равно и прочих изменений, могут измениться функции отдельных генов, но не я в целом. Несмотря на некоторые изменения, я продолжаю существовать в своей исходной форме. Столь же непостижимо, что я по-прежнему сохра-

◄ Рис. 1.9. Материя и антиматерия — компоненты атомной струк-

туры.

а  — cоставляющие материю и антиматерию частицы и античастицы, известные к  1966 году. Антиматерия состоит из антипротонов, антинейтронов, позитронов (антиэлектронов) и  других частиц. б  — некоторые из известных частиц и  античастиц и  их кварковый состав

26

1. Источник «глупости» и причина исповеди

няю впечатляющую стойкость, вопреки бесчисленным нарушениям своей структуры. При сравнении хромосом простейших (амебы или инфузории) с человеческими моя стойкость (статичность) — но и изменчивость (пластичность) — бросается в глаза. Поставьте рядом два микроскопа и поместите в один клетку простейшего, а в другой человеческую (рис. 1.10). Хромосомам этих двух видов, не взирая на разделяющие их полтора миллиарда лет эволюции, свойственны одни и те же принципы устройства и работы. Их сходство даже на молекулярном уровне поразительно. Одинаковы последовательности теломер, идентичен механизм сплайсинга РНК [27]. Более того, множество генов осталось неизменными с самой зари жизни. Еще до простейших на Земле появились бактерии, но гены их рибосомных РНК такие же, как у людей. Некоторые гены, хотя и менялись, но остались крайне консервативными, например гены синтеза гемоглобина и хлорофилла. Гомеобоксные гены, необходимые для эмбрионального развития, не только одинаковы у беспозвоночных и позвоночных, включая человека, но также отвечают за устройство цветов у растений. У всех этих организмов такие гены поразительно сходны [39]. Еще поразительнее то, что в ходе эволюции сохранилось и взаимное расположение в хромосомах участков ДНК, ответственных за формирование тех или иных частей тела. А это взаимное расположение — уж совсем удивитель-

Рис. 1.10. Хромосомы сохраняют свою структуру и молекулярные свойства со времен возникновения клеточного ядра. а  — простейшее Euglena обладает ядром с  ядрышком и  хлоропластами. б  — в  наборе 26 хромосом простейшего Barbulanympha ufalula, как и  у  человека, выделяются группы крупных, средних и  малых хромосом. в  — хросомный набор опухолевой клетки человека отличается от набора в нормальной клетке. Стандартный человеческий набор хромосом  — 46. Структурая организация и  молекулярные свойства хромосом человека такие же, как у  хромосом простейших

◄

1. Источник «глупости» и причина исповеди Пелликула Ядро Ядрышко

Жгутик Глотка

Зерна парамила Глазок Хлоропласт Сократительная вакуоль

а 2 1

19

20

3

18 22

21

17

4 6 7

5

15 11

8

б

24

14 12

13 25

9 10

в

26

16

23

27

28

1. Источник «глупости» и причина исповеди

но! — совпадает с взаимным расположением соответствующих им участков тела: в кластерах гомеобоксных генов «задние» гены отвечают за развитие хвостовой части тела, «передние» — головной (см. рис. 3.6). Неизменность хромосомы не может быть более очевидной [1, 26]. Такая двойственность лежит в основе моей «глупости». Нет ничего, что я не осмелилась бы изменить, но в то же время я бережно храню то, что у меня есть, и неважно, насколько это соответствует миру вокруг меня. Однако в некоторых обстоятельствах я реагирую на происходящее вокруг, меняясь в соответствии с новыми вызовами. Но обычно я делаю так, только если мне что-то угрожает. Очевидно, я узник своего материального устройства, но в этих жестких рамках я предоставлена самой себе. Кого интересуют обычные идеи, оплот традиции?

8.

Что побуждает меня к исповеди

С чего бы хромосоме записывать свои исповеди? Автором этого литературного жанра считается французский писатель, философ и музыкант Жан-Жак Руссо (1712– 1778). Автобиографии писали и до него, но у «Исповеди» другая цель. Ее задача — раскрыть сокровенные чувства и мысли, продемонстрировать сильные и слабые стороны автора. Написать автобиографию предложил Руссо его издатель Марк-Мишель Рей в 1761 году. Но писатель нашел эту идею непривлекательной. Первой реакцией Руссо было молчание. Тратить на это время казалось отвратительным. Стоило ли отвечать оппонентам и врагам, которые доходили до сжигания его книг? К написанию «Исповеди» его в конце концов подвигла потребность оправдаться за те обиды и обвинения, от которых он страдал всю жизнь. Он начал собирать письма и заметки, затем переработал все это, написав книгу. «Исповедь», однако, впервые была полностью опубликована только в 1796 году, спустя восемнадцать лет после смерти Руссо.

1. Источник «глупости» и причина исповеди

29

Книгу открывает гордая и дерзкая декларация, так охарактеризовано начало книги Руссо в литературном словаре [17]: «Я предпринимаю дело беспримерное, которое не найдет подражателя. Я хочу показать своим собратьям одного человека во всей правде его природы, — и этим человеком буду я я предстану пред Верховным судией с этой книгой в руках Собери вокруг меня неисчислимую толпу подобных мне: пусть они слушают мою исповедь, пусть краснеют за мою низость, пусть сокрушаются о моих злополучиях. Пусть каждый из них у подножия твоего престола в свою очередь с такой же искренностью раскроет сердце свое, и пусть потом хоть один из них, если осмелится, скажет тебе: «Я был лучше этого человека».*

Причина, по которой «Исповедь» не была издана при жизни Руссо, известна. Некоторые части были показаны его друзьям, и именно их старания предотвратили публикацию. Их напугала перспектива стать героями этой книги, оказаться столь же подробно препарированными в ней, как Руссо поступил с собой самим. Сегодня «Исповедь» считается жемчужиной мировой литературы, в первую очередь за пронизывающие ее откровенность, чуткость и ум. Как отважилась я, хромосома, микроскопическое создание, написать свою собственную «Исповедь», тем более что у меня, как считается, нет ни чувств, ни мыслей? Причин две. Во-первых, я отважилась на это предприятие из-за своей глупости. Я собираюсь показаться «во всей правде своей природы». Я выставлю напоказ свое устройство и особенности и «пусть краснеют за мою низость, пусть сокрушаются о моих злополучиях». Я просто не могу поступить иначе. Но я не «предстану пред Верховным судией», поскольку я бессмертна. Это одна из основных особенностей моего устройства. Она позволила мне, главному носителю жизни, просуществовать миллионы лет, и я не собираюсь останавливаться так рано. Но действительно ли * Перевод Д. А. Горбова и M. Я. Розанова.

30

1. Источник «глупости» и причина исповеди

я бессмертна? Посмотри, насколько я правдива. Возможно, я прихвастнула. Во-вторых же, меня так часто обижали и делали предметом ложных обвинений, что перед лицом такого публичного позора я просто не могу оставаться безучастной.

9.

Я оскорблена и обижена

Быть хромосомой — нелегкое занятие. За последние 50 лет меня восхваляли и окатывали презрением. С одной стороны, меня возносили на пьедестал, объявляя единственным носителем «книги жизни» и наиболее важной из всех клеточных органелл. С другой стороны, генетики, десятилетиями запутанные моим поведением, прибегли к обманчиво легкому решению, считая меня то паразитом, то эгоистичным творением, то рабовладельцем, то бессмыслицей и даже отбросами клеточной жизни. Разве кто-нибудь в состоянии снести такие обиды, не пытаясь защититься? Армия моих врагов беспощадна, постоянно атакует и заполняет обидными обвинениями страницы журналов и целые книги [8]. Я пока что не достигла конца своего бытия, поэтому и решила воспользоваться возможностью оправдаться и отвергнуть пусть не все, но хотя бы некоторые надоевшие мне нападки. Когда цитологи обнаружили, что моими обычными товарищами в ядре время от времени становятся какие-то дополнительные хромосомы, то задались вопросом об их роли. Естественно, они поспешили дать объяснение, больше подходящее к человеческому обществу: эти дополнительные хромосомы были объявлены «паразитическими». Как обнаружилось позже, дополнительные хромосомы могут служить резервом генетического материала, а иногда — брать на себя роль половых. Кроме того множество, таких хромосом было обнаружено у большинства видов, живущих в нормальных природных условиях. И тем не менее обвинение в паразитизме было гораздо более популярным, и во многом таким и продолжает оставаться [10].

1. Источник «глупости» и причина исповеди

31

Первые измерения количества ДНК в хромосомах привели цитологов в замешательство. На тот момент господствовала безыскусная точка зрения: раз ДНК — носитель генетической информации, значит, более сложные организмы должны содержать больше ДНК, иначе чем объяснить увеличение размеров и, главное, количества органов? Большому мозгу — больше ДНК. Вирусы, бактерии и беспозвоночные в общем-то следуют этому правилу, но стоит перейти к высшим организмам, как все запутывается. Например, лягушки и растения содержат гораздо больше ДНК, чем человек и прочие млекопитающие (рис. 1.11). Это явление назвали «парадоксом ДНК». Цитологи сочли, что есть два типа ДНК: одна «благородная», а другая — просто мусор. Если это так, то у лягушек должно быть много «вырожденной», или «мусорной», ДНК [30]. На определенных стадиях деления хромосомы образуют длинные петли, которые отходят от основного тела, становясь похожими на ламповые щетки. Их так и назвали «хромосомы типа ламповых щеток». Эти петли могут быть разных размеров — одни крупнее, другие мельче. На них вдоль хромосомы синтезируется РНК. Стремление человечества в определенные моменты истории попрать человеческие ценности помогло подобрать объяснение этому явлению. Это была аналогия хозяина и раба: предполагалось, что одни участки хромосомы — это «хозяева», которые предопределяют участь участков-«рабов» [9]. На этот раз меня обвинили не больше не меньше, как в настоящем рабстве! Но дальше было еще хуже. По мере совершенствования методов изучения ДНК было обнаружено, что только 3% всей ДНК человеческих хромосом действительно являются несущими информацию генами. В действительности все экзоны (участки, непосредственно кодирующие белки) человеческого генома в сумме составляют только 1,5% [6]. А целых 97% генома в гены не входят. Тут на меня обрушился шквал оскорблений. Вся эта избыточная ДНК была приговорена быть не просто «мусором», но даже «бессмысленной» ДНК. Более того, написана целая книга, обвиняющая меня в содержании «эгоистичных генов» [15].

Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)

32

1. Источник «глупости» и причина исповеди

Цветковые растения Птицы Млекопитающие Пресмыкающиеся Земноводные Костистые рыбы Хрящевые рыбы Иглокожие Ракообразные Насекомые Моллюски Черви Плесневые грибы Водоросли Высшие грибы Грамположительные бактерии Грамотрицательные бактерии Микоплазмы 106

107

108

109

1010

1011

Рис. 1.11. У высших организмов количество ДНК не связано с морфологической сложностью. У низших организмов содержание ДНК в  полном наборе хромосом связано с  морфологической сложностью организма. Количество ДНК увеличивается от микоплазм к  моллюскам. В  то же время у  других животных и  растений эта величина подвержена значительным изменениям. Изменчивость какойлибо группы согласуется с  поведением ее ДНК. Последовательности одних генов остаются практически неизменными миллиарды лет, тогда как другие меняются чуть ли не ежедневно. Как и другие молекулы, ДНК сочетает в себе противоречивые свойства удивительной стабильности и  чрезвычайной изменчивости. Содержание ДНК хорошо отраждает дуалистический характер эволюции этой молекулы. Размеры геномов указаны в  парах нуклеотидов

И это далеко не исчерпывающий список. Меня называли не только «законченным паразитом» [31], но и «ультраэгоистом» [13].

1. Источник «глупости» и причина исповеди

10.

33

Мудрость глупости

В глупости есть некоторые преимущества безумия. Состояние разума, которое обычно считают опасным и вредным, в некоторых обстоятельствах может оказаться наиболее ценным. Всякое общество в какой-то степени отягощено угнетением, но наихудшей его формой является тирания, при которой навязываются идеи и ценности. Правящая интеллектуальная элита обычно не допускает выражения каких бы то ни было идей, противоречащих ее догматам. На протяжении почти всей человеческой истории люди платили своими жизнями за инакомыслие, т. е. за свою смелость свободно мыслить; об этом нам рассказывают книги и исторические документы. К смерти был приговорен Сократ (469–399 г. до н. э.), хотя Древняя Греция и воспета как колыбель демократии. Философа Джордано Бруно (1548–1600), сожгли на костре, привязав к позорному столбу, дабы он не расшатывал устои христианской веры. Альберт Эйнштейн (1879–1955) был вынужден трижды эмигрировать и менять гражданство. Подобных примеров бесчисленное множество. Некоторые, не осмелившиеся пойти на открытую конфронтацию, нашли прибежище в сатире. Так как сатира не является прямой угрозой истеблишменту и в таком качестве существует многие века, она не столь опасна для автора, хотя какой-то риск, разумеется, присутствует. Всегда находятся люди, высмеивающие общепринятые представления и популярные идеи. Побыть в хорошей компании всегда приятно. Аристофан (450–386 г. до н. э.) считается одним из величайших поэтов античной комедии. Известны сотни фрагментов и цитат из его пьес, но целиком (или почти целиком) до наших дней сохранились лишь 11 его произведений. В них он нападает на судей и чиновников, но его излюбленные мишени — крупные политики, поэты, музыканты, ученые и философы. Мало кто избежал его острого пера. Он высмеял даже Сократа (что Платон нашел неуместным). Теперь взглянем на Рим. Там одним из ведущих авторов был Гораций (65–8 г. до н. э.), получивший лавровый венок

34

1. Источник «глупости» и причина исповеди

из рук императора Августа. Четыре тома «Од» — прекраснейшие стихи, полные восхищения природой и радостями жизни. Но его перу принадлежат также «Сатиры», пропитанные иронией, чье эхо гремело не только в римские времена, но и через Средневековье докатилось до XVIII века. Данте (1265–1321) восторгался Горацием именно за «Сатиры». Позже им подражал английский поэт Александр Поуп (1688–1744). Один из лидеров революционного мышления эпохи Возрождения Эразм Роттердамский (1469–1536) застал начало религиозного конфликта — схватки католиков и протестантов, которая позже вылилась в кровавую бойню Тридцатилетней войны (1618–1648). Средневековые схоластические идеи заменялись рациональным (прямым) подходом к природным явлениям. Эразм избрал сатиру. Его «Похвала глупости» была опубликована в 1511 году [20]. В этой книге он «начинает с критики всего, что было прежде дорого автору, и прославления молодости, наслаждения, пьянства и умопомрачительных сексуальных желаний, которые породили нас всех». В следующих главах описываются человеческие притязания и высмеиваются теологи. В «Похвале» Эразм осмелился воспеть хвалу простой добродетели, давно исчезнувшей даже из проповедей обеих Церквей. И сквозь всю книгу проходит обличение бесплодности господствовавшего в те времена схоластического подхода. Книга была воспринята очень неоднозначно. Сходная тенденция наблюдалась и в искусстве. В начале Средневековья римские театры были закрыты и разрушены. В XVI веке с наступлением эпохи Возрождения, театральные постановки были разрешены вновь, сатира в них была облачена в завуалированную форму. Такой была комедия дель арте со своими классическими пантомимами и их героями — Арлекином, Коломбиной, Пьеро и прочими. Насмешки персонажей не миновали никого. Впоследствии из комедии дель арте выросли современные опера и драматический театр (рис. 1.12). Философом, оказавшим наибольшее — после Платона — влияние на европейскую мысль, считается Рене Де-

1. Источник «глупости» и причина исповеди

35

Рис. 1.12. Основные персонажи комедии дель арте. Труппа комедиантов в ролях (слева направо) Пьеро, Арлекина и Скапино. Гравюра Л. Суруге (1719) по рисунку фрацузского художника А. Ватто (1684–1721)

карт (1596–1650). Наиболее известная его работа — «Рассуждения о методе», в которой он описал принципы рационального подхода в науке [18]. Он утверждал: «Вот уже несколько лет, как я приметил, сколь многие ложные мнения я принимал с раннего детства за истинные и сколь сомнительны положения, выстроенные мною впоследствии на фундаменте этих ложных истин, а из этого следует, что мне необходимо раз и навсегда до основания разрушить эту постройку и положить в ее основу новые первоначала, если только я хочу когда-либо установить в науках что-то прочное и постоянное Итак, я довольно кстати именно сейчас освободил свой ум от всяких забот и обеспечил себе безмятежный покой в полном уединении, дабы на свободе

36

1. Источник «глупости» и причина исповеди

серьезно предаться этому решительному ниспровержению всех моих прежних мнений»*. Все это осталось актуально и поныне. Во времена колониальной экспансии и промышленной революции несколько блестящих писателей возглавили интеллектуальное и духовное движение Просвещения. Французский философ Вольтер (1694–1778) одним из первых осознал необходимость окончательно порвать со все еще преобладавшим смятением умов. В одном из главных его трудов «Кандиде», (1759 г.) он подверг сокрушительной сатире тезис немецкого философа и математика Готфрида Лейбница (1646–1716) о «наилучшем из миров». Мы также сталкиваемся с такого рода угнетением в существующем обществе, в котором доминирующие идеи и ценности используются для управления нашим социальным поведением. Ирония приобретает новые формы благодаря техническому прогрессу. Английский актер и режиссер сэр Чарльз Чаплин (1889–1977), не колеблясь, снимал жестокую сатиру на общество. «Новые времена» (1936) обнажают полное пренебрежение правами рабочих на заводах. «Диктатор», вышедший на экраны в разгар Второй мировой, препарирует нацистские методы управления. После войны Чаплин снимает «Месье Верду» о связи войны и финансистов. Смелость дорого обошлась Чаплину, и вскоре ему пришлось эмигрировать в Швейцарию. Затем итальянский писатель и драматург Дарио Фо (род. 1926) вдохнул новую жизнь в классических персонажей комедии дель арте в своих сатирических пьесах «Великая пантомима» (1968) и «Мистерия-буфф» (1969). В 1997 году ему была присуждена Нобелевская премия по литературе. Из этого можно сделать вывод, что Нобелевский комитет обрел «мудрость глупости». Если верить словарям, шут — это профессиональный клоун, которого в Средние века нанимали правители, чтобы он радовал их фокусами, шутками и фиглярством. Шведская * Р. Декарт. «Размышления о первой философии». Пер. С. ШейнманТопштейн, М.: Мысль, 1994. – 633 с.

1. Источник «глупости» и причина исповеди

37

академия выпустила пресс-релиз [40], в котором так объяснила присуждение премии Фо: «Дарио Фо подражает шутам Средневековья, бичуя власти и ободряя угнетенных. Фо много лет выступает по всему миру, больше, пожалуй, чем любой другой современный драматург, и его влияние несомненно. Он, как никто другой, заслуживает звания шута в истинном смысле этого слова. Смешивая смех и серьезность, он открывает нам глаза на обиды и несправедливости нашего общества, а также на широкую историческую перспективу, в которой их следует рассматривать. Фо — чрезвычайно талантливый сатирик, затронувший в своих произведениях широкий круг тем. Независимость и ясный ум дали ему возможность пойти на серьезный риск, последствия которого он почувствовал наравне с огромной резонансом в самых широких кругах». Как писал в своих эссе американский писатель Р. У. Эмерсон (1803–1882): «Никто не является вполне нормальным. В каждом есть скрытое семя безумия» [19].

11.

Научные концепции меняются со временем — природа науки требует замены старых идей, когда новые технологии позволяют проникнуть глубже в тайны материи

Наука основана не на догмах, истинах или фактах, как иногда утверждается. Во-первых, догмы — из области религии, и поэтому они не обсуждаются и не изменяются. Во-вторых, наука не ищет истины, ее задачи более скромны: наука изучает механизмы изменений в природе. Истина зависит от степени честности при описании наблюдаемого явления. Это составная часть научного метода, но не цель. В-третьих, факты — это просто некоторые события в прошлом, их интерпретация зависит от постановки эксперимента, уровня развития науки, личности исследователя и многого другого. Задачей науки является установление взаимосвязей между природными явлениями, что дает возможность предсказывать новые ситуации. Настоящей проверкой научного

38

1. Источник «глупости» и причина исповеди

подхода будет демонстрация того, что некое событие действительно происходит в указанное время при указанных обстоятельствах. Успешность научных предсказаний является краеугольным камнем достоверности гипотезы. Химия предсказывает продукты реакций, астрономия — точное положение планеты в заданное время. Деление хромосом 1953 Крик и Уотсон представили структуру ДНК 1968 Выделен первый фермент рестрикции 1973 Опубликована рестрикционная карта SV40. Проведено первое клонирование плазмиды 1974 Введен в практику саузерн-блоттинг 1977 Максам Гилберт и Сенгер открыли секвенирование ДНК. Описан сплайсинг 1984 Открыт гель-электрофорез в пульсирующем поле 1986 Введено в практику секвенирование с флуоресцентной меткой 1987 Опубликована карта генетических меток для генома человека. Физическая карта E. coli. Введено клонирование с YAC 1988 Описана автоматическая ПЦР 1989 Реализована идея STS 1992 Описаны BAC 1994 Описаны РAC 1995 Секвенирована первая бактерия H. influenzae. Опубликована карта YAC-клонирования генома человека. STS-карта генома человека 1996 Завершено секвенирование S. cerevisiae. Секвенирован первый архей M. jannaschii 1997 Секвенирован геном E. coli 1998 Завершено секвенирование С. elegans 1999 Корпорация Celera объявила о своем участии в проекте «Геном человека». Опубликована последовательность 22-й хромосомы человека 2000 Завершно секвенирование генома Drosophila 1960 1970 1980 1990 2000 Вехи проекта «Геном» Успехи генетики Сокращения. BAC – искусственная бактериальная хромосома; PAC – искусственная хромосома из P1; STS – последовательно-меченный сайт; YAC – искусственная дрожжевая хромосома

Рис. 1.13. Как развитие технологий меняло генетические взгляды. Диаграмма, показывающая, как технологии и  открытия 1953–2000 г. способствовали секвенированию геномов разных видов, в  том числе человека

1. Источник «глупости» и причина исповеди

39

в клетке и последующее образование определенных типов клеток также можно спрогнозировать. Наука основана на свидетельствах, но что есть свидетельство? Это набор наблюдений и экспериментов, которые, собранные вместе логичным и последовательным образом, позволяют сформулировать рабочие гипотезы. Они, в свою очередь, приводят к новым гипотезам, которые отвергают или подтверждают сделанные допущения. При достижении согласованности различных данных и верности сделанных прогнозов формулируется теория, охватывающая большинство явлений, относящихся к данной области знаний. Наблюдения и эксперименты должны быть выполнены с величайшей точностью. Но здесь и кроется основной подвох. Точность полностью зависит от доступной технологии. Можно описать особенности растения или животного, видимые невооруженным взглядом. Но стоит взять лупу, и становятся видны клетки, открывая новую область исследований. Делая еще один шаг и вооружаясь микроскопом, мы оказываемся в состоянии наблюдать органеллы и хромосомы, еще больше расширяя поле научной деятельности. Дальше — электронный микроскоп и индивидуальные молекулы ДНК, слагающие хромосомы. А с помощью новейших моделей электронных микроскопов можно получить изображения отдельных атомов. Таким образом, точность и обоснованность наблюдений в огромной степени зависят от применяемого инструмента. Наблюдения, сделанные невооруженным глазом, не ошибочны и поэтому вполне достоверны, равно как и полученные с помощью лупы или светового микроскопа. Ограничен только объем получаемой информации. Здесь кроется одна из главных причин, по которым научные взгляды постоянно меняются. Не потому, что первый подход был порочен, но лишь потому, что наблюдения и эксперименты постоянно дополняются новыми, достигающими ранее недоступных уровней организации материи и позволяющими получить более глубокое знание изучаемых механизмов (рис. 1.13). Здание науки постоянно претерпевает перестройку по мере того, как старые гипотезы и теории отбрасываются и сменяются новыми. В этом сила научного подхода. Что

40

1. Источник «глупости» и причина исповеди

остается постоянным, так это точность научной методологии и непоколебимость логики исследований. Они неизменны и составляют остов науки.

12.

Казавшееся нелепым когда-то оказывается верным годы спустя. Считалось, что ген состоит из белка, но сейчас известно, что это нить ДНК

В XVIII веке последователи Линнея, прыгая с сачками по лесам Амазонии, были поражены изобилием видов насекомых. Разнообразие цветов и форм, как и ошеломительное количество новых видов, навевало «чувство» сложности и необъятности природы. Человеческое тело не менее сложно. При анатомических исследованиях было выявлено значительное число типов тканей, которые, в свою очередь, состоят из не менее чем 1013 клеток [42]. А по данным физиологии согласованная работа тела достигается благодаря множеству молекулярных сигналов. И вновь словом дня стала «сложность». С открытием хромосом и генов они также были включены в этот сценарий. Они не могли быть менее сложными. Уже давно было известно, что нуклеиновые кислоты являются компонентами хромосом. Но они считались слишком простыми с химической точки зрения, чтобы служить источником чего-то столь важного, что может создать изумительное человеческое тело. Ген должен состоять из белков. Про них было известно, что это большие макромолекулы, встречающиеся в самых разных формах. Почти не было сомнений, что именно белки и есть материальные носители генов. И действительно, они составляют основную часть хромосомы. Вот почему, когда во время Второй мировой войны, а именно в 1944 году, Эвери с коллегами показали, что носителем генетической информации в бактериях является ДНК [3], генетики не обратили внимания на это открытие. «Никто не видел у бактерий хромосом, — возражали они, — Да и нельзя сравнивать человека с бактериями».

1. Источник «глупости» и причина исповеди

41

Даже когда в 1953 году Уотсон и Крик опубликовали свою модель структуры ДНК [44], большинство генетиков встретили ее весьма скептически. И только в 1960-х годах после серии новых экспериментов ДНК была признана в роли носителя генетической информации.

13.

За последние двадцать лет количество генов человека сократилось с 200 000 до 32 000, и это число продолжает вызывать сомнение

Сколько генов отвечают за формирование человеческого тела? Должно быть, много. Первые данные, полученные на бактериях, показали, что один сегмент ДНК производит последовательность РНК, которая, в свою очередь, дает начало одному белку. У человека известно не менее 200 000 белков. На основании правила «один ген — один белок» генетиками был сделан вывод, что у человека должно быть не менее 200 000 генов. Уже в 1980-е годы стало ясно, что один сегмент ДНК может дать начало нескольким белкам, и, как следствие, количество генов может быть значительно меньше, но мало кто мог тогда предположить, насколько меньше. Даже в 2000 году все еще писали, что у человека 150 000 генов [21]. Но затем эта величина уменьшилась до 100 000 и даже 70 000. Прочтение генома человека дало неожиданный результат: 39 114 генов (по данным корпорации Celera) или 31 780 генов (по данным консорциума «Геном человека») [5]. С тех пор эти числа «усохли» до 20 000 [35]. Весьма вероятно, что и это число генов человека существенно завышено. Основных причин думать так две. Во-первых, один ген может давать не несколько, а сотни разных белков, как в случае генов нейрексинов [41]. Вовторых, большинство белков, обнаруживаемых у человека, по основным их свойствам можно сгруппировать примерно в 1000 семейств [12, 16]. Отсюда следует, что количество основных генов, ответственных за бóльшую часть белков, может не превосходить 1000.

42

14.

1. Источник «глупости» и причина исповеди

Модели хромосом радикально менялись со временем

Еще один рабочий прием, которым действует наука, — это создание моделей, и хромосома также не избежала этой участи. У моделирования есть свои преимущества и свои недостатки. Положительной стороной схемы является упрощение и конкретизация размытой области знаний, которые до того не были собраны в единую картину. Другим ее преимуществом является тот факт, что формализуя несколько идей, она обязывает исследователей выяснить, насколько верны свойства, приписываемые модели. Таким образом она подталкивает к дальнейшим исследованиям с целью подтвердить или опровергнуть модель. Отрицательной же стороной схемы всегда является упрощение. Более того, она часто включает ложные представления и фактические ошибки, надолго закрепляя их в сознании. Тем самым модель оказывается опасна, так как будучи повторена вновь и вновь, она воспринимается как окончательная интерпретация явления. Именно так происходило с моделями хромосом. Благодаря моделированию продвигались дальнейшие исследования, целью которых была проверка предлагаемой модели и это было хорошо. Но эти же модели были и вредны, ведь при неглубоком подходе они закрепляли ложные идеи. Кольцов (1872–1940) был провидцем. Он сумел обобщить незначительную информацию, что была доступна на тот момент времени, предложив оригинальную схему строения хромосомы [25]. По этой модели основной единицей репликации была хромосома с двумя хроматидами. Кроме того, он представил хромосому состоящей из большого количества белковых молекул, формирующих саму хромосому и ее клеточное окружение, подчеркивая тем самым ее молекулярную активность. Наиболее новаторской его идеей было представление о том, что каждая хроматида состоит из параллельных молекул, образующих два параллельных волокна, — необходимое условие для химического копирования (рис. 1.14). Поразительно, но большинство моделей хромосом, предлагавшихся в тридцатые, сороковые и даже пятидесятые

1. Источник «глупости» и причина исповеди

43

годы, никак не касались их молекулярного строения и не объясняли репликацию хромосом. Новой в этих моделях была спиральная структура хромосом, которая к тому времени неоднократно наблюдалась в клетках растений и животных, была хорошо зарисована и сфотографирована. Также на тот момент были четко выявлены три постоянно наблюдаемых участка хромосомы: центромера, ядрышковый организатор и теломеры. Эти модели также являются прекрасным свидетельством того, сколько времени нужно для отмирания укоренившихся идей, не находящих подтверждения. В модели Хайтца 1935 года как главный компонент хромосомы постулировался матрикс [22]. Так никем не и обнаруженный, он был забыт в 1960-х годах. Хромосомная пелликула считалась необходимой структурой, окружающей хромосому и отделяющей ее от ядерного сока и цитоплазмы. Она была предложена в модели Шрадера в 1944 году [38]. Этот тонкий слой также не был никогда обнаружен, и скоро стало очевидно, что у хромосомы нет никакой ограничивающей мембраны. Одной из первых моделей, включающих различные уровни организации — от гена до метафазной хромосомы — была модель Дарлингтона и Матера [14]. В эту схему впервые были включены нуклеотиды, но ген постулировался не как часть их последовательности, а был изображен как боковая цепь, прикрепленная к белковой фибрилле. Таким образом, предполагалось, что ген состоит из белка. Но тем не менее эта модель была большим шагом вперед, так как она не только описывала все уровни организации, но и включала в себя размеры различных химических и структурных компонентов (см. рис. 1.14). Неясным оставался механизм репликации ДНК по всей длине хромосомы. Трудно было себе представить, что молекула может быть настолько длинной, чтобы тянуться вдоль всей хромосомы. Даже после экспериментов по изучению репликации ДНК с использованием меченного тритием тимидина разрабатывались модели, включавшие белковые связки между молекулами ДНК. Но к середине 1970-х

44

1. Источник «глупости» и причина исповеди

ГХ

М ХМ ВП

а

б БТ-Ген-Нуклеотид

3,3 Å

в

К МИТОЗ СП Профаза

Пахитена (Политена)

Г

Метафаза Ц

Г Г Г

1400 нм

×