Билл Брайсон - Краткая история почти всего на свете
Более привычно уподоблять геном своего рода руководству по обеспечению функционирования организма. Если смотреть под этим углом, хромосомы можно представить как главы книги, а гены как отдельные инструкции по производству белков. Слова, которыми написаны инструкции, называются кодонами, а буквы известны как основания. Основания — буквы генетического алфавита — это четыре нуклеотида, упоминавшихся страницей или двумя выше, — аденин, тиамин, гуанин и цитозин. Несмотря на важность того, чем они занимаются, в этих веществах нет ничего необычного. Гуанин, например, это вещество, которое в большом количестве содержится в гуано, откуда и происходит его название.
Как всем известно, молекула ДНК формой походит на винтовую лестницу или на скрученную веревочную лесенку: знаменитая двойная спираль. Вертикальные элементы этой структуры состоят из разновидности сахара, носящей название дезоксирибоза, а вся спираль представляет собой нуклеиновую кислоту — отсюда название «дезоксирибонуклеиновая кислота». Перекладины (или ступеньки) образуются соединяющимися в промежутках двумя основаниями, причем они соединяются только двумя способами: гуанин всегда соединяется с цитозином, а тиамин — всегда с аденином. Последовательность, в которой эти буквы появляются, если двигаться вверх или вниз по лестнице, составляет генетический код; его точным считыванием занят международный проект «Геном человека».
А самая яркая особенность ДНК заключается в способе ее самовоспроизведения. Когда приходит время создавать новую молекулу ДНК, обе нити расходятся, подобно молнии на куртке, и половинки разделяются, чтобы образовать новую компанию. Поскольку каждый нуклеотид соединяется только с одним парным ему нуклеотидом, каждая нить служит матрицей для создания новой подходящей ей в пару нити. Имея всего одну нить собственной ДНК, довольно просто воссоздать парную ей вторую нить, подобрав нужные партнерства: если верхняя ступенька на одной нити из гуанина, тогда известно, что верхняя ступенька другой нити должна быть из цитозина. Пройдите вниз по лесенке, подбирая пары ко всем нуклеотидам, и в конце будете иметь код новой молекулы. Именно так происходит в природе, только в природе это совершается очень быстро — за считанные секунды, что можно назвать вершиной проворства.
По большей части наша ДНК самовоспроизводится со строжайшей точностью, но изредка — примерно один раз из миллиона — буква становится не на то место. Эти явления известны как однонуклеотидный полиморфизм, или SNP. Биохимики немного фамильярно называют их «снипами»345. Они обычно теряются в некодирующих звеньях ДНК и не вызывают заметных последствий для организма, но порой оказываются важными. Они могут сделать вас предрасположенным к какому-нибудь заболеванию, но в равной мере могут даровать какое-нибудь небольшое преимущество, например более эффективную защитную пигментацию или способность вырабатывать больше красных кровяных телец, эритроцитов, у кого-нибудь, обитающего на высокогорье. Со временем эти небольшие изменения накапливаются и в индивидуумах, и в популяциях, способствуя отличию тех и других.
Равновесие между точностью и ошибками при самовоспроизведении весьма деликатное. Слишком много ошибок — и организм не может функционировать, слишком мало — и он поступается приспособляемостью346. Подобное же равновесие должно быть в организме между устойчивостью и изменчивостью. Рост числа красных кровяных телец может помочь человеку или группе людей, живущих на больших высотах, легче двигаться и дышать, потому что с ростом числа эритроцитов кровь может переносить больше кислорода. Но дополнительные эритроциты также делают кровь более вязкой. Добавьте их слишком много, и, пользуясь сравнением антрополога Темпльского университета Чарлза Вейтца, она станет «густой, как нефть». Это большая нагрузка на сердце. Таким образом, те, кто приспособлен жить на высоте, лучше дышат, но платят за это повышенным риском заболеваний сердца. Таким путем Дарвинов естественный отбор заботится о нас. Он также помогает объяснить, почему мы все так похожи347. Эволюция просто не даст вам слишком сильно измениться — во всяком случае, без того, чтобы стать новым видом.
Разница в 0,1% между вашими и моими генами объясняется тем самым полиморфизмом наших нуклеотидов348. А если вы сравните свою ДНК с ДНК кого-то третьего, соответствие тоже будет составлять 99,9%, но полиморфизм будет в большинстве случаев проявляться в других звеньях. Возьмите для сравнения еще больше людей, и вы получите еще больше примеров полиморфизма, однако в еще большем количестве звеньев. На каждое из 3,2 млрд ваших оснований где-то на планете найдется человек или группа людей с иным кодом в этом месте349. Так что неправильно говорить не только о каком-то определенном, едином для всех геноме человека, но, в известном смысле, даже вообще о геноме человека. Их насчитывается 6 млрд. Все мы на 99,9% одинаковы, но в равной мере, по словам биохимика Дэвида Кокса350, «вы могли бы утверждать, что между всеми представителями рода человеческого нет ничего общего, и это было бы тоже верно».
Но нам все еще надо объяснить, почему такая малая часть ДНК имеет какое-то ощутимое предназначение. Хотя от этого становится несколько не по себе, но, похоже, цель жизни действительно состоит в том, чтобы обеспечивать вечное существование ДНК. 97% в наших ДНК, обычно называемых «мусором», по большей части состоят из наборов букв, как говорит Мэтт Ридли, «существующих по одной простой причине — они хорошо умеют воспроизводиться»*.
* (Вообще-то «мусорная» часть ДНК используется. Ее задействуют в «генной дактилоскопии». Применимость в криминалистике была случайно открыта ученым из Лестерского университета Алеком Джеффрисом. В 1986 году Джеффрис расшифровывал последовательности ДНКдля выявления генетических маркеров, связанных с наследственными заболеваниями, когда к нему обратились из полиции и попросили помочь установить причастность одного подозреваемого к двум убийствам. Он подумал, что его методика должна идеально подходить для раскрытия преступлений — так оно и получилось. Молодой пекарь Колин Питчфорк за убийства был приговорен к двум пожизненным срокам тюремного заключения.)
Другими словами, большая часть вашей ДНК преданно служит не вам, а самой себе: вы для нее, а не она для вас. Жизнь, как вы помните, просто хочет быть; это как раз и делает ДНК.
Даже когда ДНК включает инструкции по созданию белков, или, как говорят ученые, кодирует их, — это не обязательно ради гладкого функционирования данного организма. Один из самых распространенных генов, который есть у нас, служит для синтеза белка, называемого обратной транскриптазой, не выполняющего никакой известной полезной функции для человека. Единственное, что он делает, так это дает возможность ретровирусам, таким как ВИЧ, проникать незамеченными в человеческий организм.
Другими словами, наши организмы прилагают значительные усилия для производства белка, который не приносит никакой пользы, а порой вредит нам. У них нет другого выбора, потому что так приказывают гены351. Мы — сосуды для их прихотей. В общем, почти половина человеческих генов — самая большая доля среди всех изученных организмов — не делает, можно сказать, ничего, кроме собственного воспроизводства.
Все организмы в некотором смысле рабы своих генов. Потому-то лососи и пауки и, можно сказать, бесчисленное множество других существ готовы умереть при спаривании. Страстное желание плодиться, рассеивать свои гены — самый могучий импульс в природе. Как пишет Шервин Б. Нуланд: «Рушатся империи... создаются великие симфонии, и за всем этим стоит безотчетный инстинкт, требующий удовлетворения». С эволюционной точки зрения секс, — это всего лишь награда, поощряющая нас к передаче своего генетического материала.
Ученые только-только освоились с поразительным известием, что большая часть наших ДНК ничего не делает, как стали происходить еще более неожиданные открытия. Сначала в Германии, потом в Швейцарии исследователи провели ряд довольно странных экспериментов, которые дали совершенно неожиданные и весьма интересные результаты. В одном из них взяли ген, управляющий развитием глаза мыши, и ввели его в личинку плодовой мушки. Думали, что в результате получится что-то гротескное. На деле же ген мышиного глаза не только создал у мухи жизнеспособный глаз, но это был мушиный глаз. Налицо были два существа, не имевшие общего предка 500 миллионов лет, тем не менее способные обмениваться генетическим материалом, словно родные сестры.
То же самое наблюдалось всюду, куда заглядывали исследователи. Они обнаружили, что можно ввести ДНК человека в определенные клетки мух — и мухи примут ее как свою собственную. Оказывается, более 60% человеческих генов в основном те же, что найдены в плодовых мушках. По меньшей мере 90% на том или ином уровне соотносятся с генами, найденными у мышей. (У нас даже есть гены для создания хвоста, если бы только они включались в работу.) В одной области за другой исследователи обнаруживали, что с каким бы организмом они ни работали — будь то черви-нематоды или люди, — они часто изучали одни и те же гены. Жизнь, казалось, была создана по одному набору чертежей.
