Каспар Хендерсон - Книга о самых невообразимых животных. Бестиарий XXI века
Конечно, Уолд говорил образно. Он не имел в виду, что у генома или составляющих его генов есть воля. Но концепция, что гены руководят всем на свете, оказалась очень влиятельной. Ее можно вывести из «центрального догмата молекулярной биологии», как его назвал один из первооткрывателей ДНК Фрэнсис Крик. Этот догмат заключается в том, что ДНК «передает инструкции» РНК, а РНК формирует белки, создающие организм, причем информация передается только в одном направлении. Наиболее запоминающимся образом эту идею выразил Ричард Докинз в своей книге «Эгоистичный ген»{30}:
Сейчас гены живут гигантскими колониями, в безопасности внутри огромных неуклюжих созданий, в изоляции от окружающего мира, сообщаясь с ним сложными кривыми путями, манипулируя им с помощью дистанционного управления. Они во мне и в вас, они создали нас, и наше тело, и наш мозг; и их сохранение – главная причина нашего существования.
Другие считают, что это искаженная картина окружающего мира. По их мнению, естественный отбор действует на уровне организма (или, еще точнее, фенотипа: совокупности свойств и характеристик организма), а не генов. С этой точки зрения гены служат для сохранения и передачи знаний о мире, а не контролируют его. Так, физиолог Денис Нобл считает, что заявления Докинза – всего лишь фигура речи, а не оценочное суждение и предлагает переформулировать это описание следующим образом:
Сейчас гены оказались в ловушке: они целыми колониями заперты внутри высокоинтеллигентных существ, формируются окружающим миром, сообщаются с ним с помощью сложных процессов, благодаря которым возможно функционирование. Они во мне и в вас; мы – система, позволяющая читать их код, а их сохранение полностью зависит от той радости, которую мы получаем от процесса самовоспроизводства. Мы – главная причина их существования.
Кто бы ни был прав в этом споре, сейчас очевидно, что карта генома, составить которую ученые пытались в рамках проекта «Геном человека», не является полной картой жизни. Можно лучше понять эволюцию, развитие и функционирование организма, если принимать в расчет ряд других факторов, в том числе и способы выражения генов в эволюционных и физиологических процессах, а также все процессы взаимодействия, которые происходят между белками в клетке (совокупность которых известна как протеом). Но даже если временно забыть обо всех этих факторах, сам геном, как оказалось, таит в себе сюрпризы, о которых мы даже не подозревали несколько десятков лет назад. С одной стороны, эпигенетика – новое направление в науке – продемонстрировала, что в клетке генетический код считывается скорее как рукопись, которую еще надо истолковать, а вовсе не как компьютерная программа, то есть нельзя ожидать получения абсолютно идентичного результата каждый раз. С другой стороны, значительные участки ДНК, которые мы считали критически важными, как оказалось, таковыми не являются.
Первоначально ученые считали, что практически все части ДНК генома человека кодируют белки, из которых состоит наше тело. В начале XXI в., однако, было установлено, что только 2 % отвечают за кодирование белков. Какие-то части, судя по всему, выполняют другие функции, но значительная часть ДНК вообще, похоже, не делает ничего{31}. Более того, как минимум 8 % состоит из копий генов чужеродных захватчиков. Эти гены когда-то принадлежали эндогенным ретровирусам (ЭРВ) – наиболее недавние представители этой группы включают вирус иммунодефицита человека, вызывающий СПИД, – но постепенно интегрировались в организмы-носители и соответственно в их потомков. В отличие от ВИЧ, гены таких ЭРВ сейчас либо безобидны, либо (как мы увидим) выполняют важные функции для поддержания в порядке своего нового дома.
Получается несколько пугающая, но интересная и даже в каком-то смысле прекрасная картина. С одной стороны, геном человека – так же как и геномы практически всех других животных и растений – несет следы беспощадных нападений вирусных «автоматов», которые отражались в течение десятков и сотен миллионов лет. Как в очередной раз напоминает нам всплеск ВИЧ в Африке, особенно в южной части континента, ретровирусы могут произвести в рядах противника настоящее опустошение. Не исключено, что другие вирусы могут оказаться даже еще более опасными и вызвать, например, глобальную эпидемию гриппа. В плохой день слова молекулярного биолога периода холодной войны Джошуа Ледерберга не кажутся таким уж преувеличением: «Единственной серьезнейшей угрозой продолжающемуся доминированию человека на этой планете является вирус». Можно спорить, относятся ли эти слова к естественным вирусам. А вот искусственно созданные супергриппы, похожие на оспу, и другие вирусы действительно могут оказаться причиной беспрецедентной катастрофы.
С другой стороны, есть и повод для оптимизма, связанный с адаптивной способностью многих видов (если не особей) в случае таких «нападений». В самих вирусах тоже есть зловещая красота. Удивительно, что такие микроскопические и на первый взгляд простые агенты, многие из которых упакованы в прозрачные двадцатигранники или, подобно миниатюрной версии Iridogoria, в спиралевидные «раковины», эксплуатируют гораздо более сложные организмы, включая человека. Вирусы – удивительные механизмы. Они способны эволюционировать в миллионы раз быстрее, чем их носители. Они используют более разнообразные биохимические процессы, недоступные клеточной жизни, и могут хранить свою генетическую информацию с помощью одноцепочечной ДНК, двухцепочечной ДНК и РНК. Вероятно, существует несколько сотен миллионов различных видов вирусов. Одних только вирусов, поражающих бактерии (бактериофагов), больше, чем всех других форм жизни вместе взятых. Вирусов на Земле больше, чем звезд во Вселенной. Они обнаруживаются во всех сферах обитания – от горячих источников до пустынь и от подледных озер Антарктики до каменных пород на глубине 2000 м под землей – везде есть жизнь, которую вирусы могут заражать. По словам молекулярного биолога Луиса Вильярреала, вирусы «лидируют среди всех эволюционирующих биологических объектов».
У многих вирусов, в том числе вируса герпеса, есть капсиды (белковые оболочки) в форме икосаэдра, то есть правильного двадцатигранника. Такую форму можно создать с помощью использования множества молекул одного и того же белка, так что для ее кодирования требуется совсем немного места в геноме вируса. У многих вирусов капсиды имеют форму спирали. Вместе с тем оболочки некоторых вирусов очень странные по форме: одни напоминают бутылку, другие имеют по хвосту с каждой стороны, или форму капли, или длинной нити.
Судя по всему, вирусы играют ключевую роль в функционировании планетарных экосистем (комплексов живых организмов, взамодействующих с геохимическими и климатическими процессами планеты.) Взять, к примеру, Мировой океан. Сотни миллионов вирусов присутствуют в каждой капле (миллилитре) и в целом уничтожают сотни миллионов тонн микроорганизмов каждую минуту. (Микроорганизмы включают бактерий, архей, фитопланктон и зоопланктон и весят обычно намного меньше одного грамма; одна капля морской воды может содержать несколько тысяч и даже миллионов таких организмов.) Когда вирус уничтожает микроба, происходит разрушение клеток микроба (лизис), в результате чего высвобождаются новые вирусы и остатки клеток, которые, в свою очередь, становятся пищей для новых поколений микроорганизмов. Таким образом, вирусы, принося смерть, способствуют продолжению жизни. Более того, миллиарды лет назад вирусы, возможно, сыграли важную роль в эволюции программируемой клеточной смерти – процесса, за счет которого многоклеточный организм избавляется от старых и больных клеток; без такого процесса сложная жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, была бы невозможна.
Еще одна положительная сторона вирусов – их давнее партнерство с бактериями и эукариотами в создании новых видов существ. И вот нагляднейшее тому подтверждение: решающим изменением в эволюции млекопитающих было появление плаценты. Ген, играющий ключевую роль в формировании плаценты, унаследован от эндогенного ретровируса. Как пошутил один из ученых: «Если бы не вирусы, люди до сих пор откладывали бы яйца».
И это еще не все. Вирусы сыграли ключевую роль в развитии способности нашей иммунной системы быстро реагировать на патогены, с которыми она никогда раньше не сталкивалась, – биологи называют развитие этой способности важнейшим эволюционными изменением за последние 500 млн лет. Также полученные у ЭРВ последовательности, как выяснилось, активно участвуют в регуляторных процессах, контролирующих когда, где и какие гены следует «включить» или, наоборот, «выключить». А это опять-таки делает вирусы важной движущей силой эволюции: основное различие между близкими видами состоит не в наборе генов, а в том, как они экспрессируются.
