ГЕНЕТИКА НА ЗАВТРАК
Научные лайфхаки для повседневной жизни
Предисловие
Вы помните тот момент, когда вдруг четко осознали, какая профессия ваша?
Когда дети говорят, что хотят стать учеными, то при этом они чаще всего думают, что будут создавать вещи из воздуха, приобретать суперспособности от укусов радиоактивных пауков или уничтожать врагов какими-то лазерными лучами. К сожалению, я рос не с таким четким представлением, зато я всегда был любознательным человеком. Впервые это проявилось, когда я, еще будучи ребенком, вместе с сестрой исследовал бабушкину загадочную машину. Пока я осматривал прибор, засовывая палец во все отверстия, моя сестра поворачивала прилаженную сбоку ручку. Я до сих пор очень хорошо помню конструкцию, хотя впоследствии больше никогда не видел мясорубку. Этот момент я предпочитаю вспоминать, убеждая себя, что внезапное понимание того, как работает машина, побудило сестру стать физиком, тогда как вид моего пальца изнутри вселил в меня мужество и желание понять человеческое тело, особенно то, как остановить кровь. Этот случай стал толчком, положившим начало моему увлечению биологией. Вдруг все вопросы, какие только можно было задать, пронеслись в моей голове. Можно ли скрестить комара со светлячком, чтобы ночью видеть, куда он собирается ужалить? Знают ли гусеницы, что станут бабочками, или же, сооружая кокон, задаются вопросом, какого черта они вообще делают?
Несколько лет спустя, когда кончики моих пальцев уже давно оправились от перенесенной травмы, я записался на курс биологии в университете Вены, собираясь стать молекулярным биологом. Я понятия не имел, что меня ждет. В то время наиболее стойкую ассоциацию с темой науки у меня вызывали ночные часы, проведенные за игрой в Half-Life [1]. Все события, разворачивающиеся в этой компьютерной игре, мы видим глазами физика, который неудачно проводит эксперимент, в результате чего открывается межпространственный портал. В итоге он хватает лом и начинает уничтожать инопланетян, которые пытаются пробраться сквозь этот портал. Тогда все это казалось мне довольно увлекательным, а между тем я узнал такое, о чем в те времена даже и помыслить не мог: наука в реальной жизни оказалась еще более захватывающей.
Иногда ученых обвиняют в том, что они крадут магию, ведь они пытаются все на свете понять и объяснить. Это обвинение столь же беспочвенно, как и горная дорога в Сибири, по которой пытаешься проехать на летней резине. И этому есть две причины. Во-первых, исследователи очень рады тому, что понимают не все. Они работают в сфере, существующей для того, чтобы генерировать новые знания. Когда открывать будет уже нечего, залы ожидания во всех бюро по трудоустройству стремительно заполнят люди в белых лабораторных халатах. Во-вторых, когда понимаешь что-то, от этого оно не теряет своей привлекательности. Цветок не начинает хуже пахнуть от осознания того, что таким образом он хочет приманить жужжащих пчелок. Знание общей эволюции обоих существ только придает новый оттенок красоты. Совсем как сыр в чизбургере. Исследовательская лаборатория — словно ящик с инструментами, который делает незаметные вещи нашего мира ощутимыми, обнаруживает скрытые связи и помогает разглядеть гениальность за кажущимися банальными явлениями. Поэтому человек, интересующийся наукой, увидит элегантность даже в пятнах плесени над ванной. Этот грибок, как и вы, преодолел долгие миллиарды лет развития. Радуйтесь, что эволюция отправила вас к тем видам, которые в состоянии удержать в руках баллончик с пятновыводителем.
Молекулярная сестра биологии — генетика. Она имеет дело с ДНК — строительным планом жизни.
Строго говоря, от африканской лягушки-быка мы отличаемся только лишь нашими генами. Хоть мы и знакомы с ДНК немногим более 60 лет, но на сегодняшний день мы умеем перемещать и видоизменять гены так, будто это кубики лего. В этой книге генетика, биология и медицина дадут ответы на важные вопросы жизни:
1) Откуда мы произошли?
2) Можно ли разрезать сознание ножом?
3) Сколько нужно съесть белого хлеба, чтобы опьянеть?
4) Обязательно ли соединять себя узами с кем-либо?
5) Как спасти жизнь при помощи запаха ног?
Чем больше мы постигаем мир, тем более грандиозным он нам кажется. За последние годы в науке были сделаны удивительные открытия, которые подвергли нашу картину мира и самосознание серьезному испытанию. К сожалению, большинство из них прячется в специализированных журналах и вряд ли доходит до внимания широкой общественности в промежутках между новым выпуском шоу «Фермер ищет жену» [2] и пятым повтором очередного эпизода Симпсонов. Своей книгой я хотел бы изменить данное положение вещей. В ней пойдет речь о самых увлекательных мыслях и идеях, какие только могут прийти в голову молекулярному биологу. Эта книга повествует о том, как гены, биология и исследования влияют на нашу жизнь, а в будущем будут накладывать еще более сильный отпечаток. Она охватывает темы от простых, человеческих, таких как любовь, до разума цифрового червя, управляющего роботом Лего.
Восемь процентов всех мужчин Азии имеют связь с родом Чингисхана, судя по их У-хромосомам.
Чингисхана не считают классическим героем, да и сотня детей не появится в результате любовных приключений в путешествии по случаю окончания средней школы. Его потомки также не ленились размножаться, что объясняется тем, что мужчины, имевшие власть, могли обладать несколькими женщинами и в покоренных землях вели себя совсем не по-джентльменски.
Y-хромосомы 8 % всех мужчин в большом регионе Азии позволяют отследить связь с родом Чингисхана.
Не спорю, если в вашей внешности отсутствуют хотя бы мало-мальски азиатские черты, то шансы оказаться носителем генов завоевателя у вас крайне малы. Однако, согласно чистым расчетам, потомки Чингисхана на 2003 год составили гордые 0,5 % от всего мужского населения земного шара.
Молекулы и метеориты
Давайте продвинемся еще дальше в прошлое по нашей цепи отцов. Намного дальше. Теоретически ее можно продолжить до самой первой в мире формы жизни. И все же на практике эта попытка обречена на неудачу, поскольку для некоторого количества индивидов, число которых примерно равно населению Пакистана, цепь прервется. Чертовски сложно пожать друг другу руки, если вместо них плавники. И вообще, вам когда-либо доводилось наблюдать, как две рыбы держатся за руки? Для этого им просто не хватает чувства романтики. Если проигнорировать эту проблему и расставить остальных предков, подобно пожилым супругам — молча рядом друг с другом, фактически цепь закончится где-то на нашем первом общем предке. Этот одноклеточный Адам, живший около четырех миллиардов лет назад, стал переходным этапом от химии к биологии. В английском языке он получил название LUCA — the Last Universal Common Ancestor, — или Лука, последний универсальный общий предок. Как выглядел Лука, какие имел увлечения, никто точно не знает. В ту пору некому было его об этом расспросить.
Никто даже не поинтересовался, хотел ли Лука вообще появляться на свет. Это решение уже принял за него углерод, совершенно беззастенчиво образующий множественные связи одновременно и составляющий основную структуру жизни.
Этот элемент прошел долгий путь. Он выкован внутри массивных звезд и образует практически все, ради чего стоит жить в этом мире: уголь для барбекю, алмазы и саму жизнь.
Белки, жиры, углеводы и многие другие вещества, плавающие в наших клетках, получили углерод в качестве своей основной структуры. Это связано с тем, что углерод является мастером образования длинных цепей и соединений с другими элементами. Эти соединения даже имеют совершенную силу. Они достаточно крепкие, чтобы спонтанно не распадаться во время посещения сауны, но вместе с тем остаются настолько хрупкими, что их можно разорвать, так что съеденный на обед кремовый торт не отправится в унитаз непереваренным.
Однако наиболее важным свойством углерода является разнообразие химических структур, которые могут образовать элемент. Фактически углерод может формировать больше структур, чем все другие элементы периодической таблицы, вместе взятые. Это полезно, если собираешься смастерить что-то настолько же сложное, как жизнь. Чтобы из углерода смогло сформироваться живое существо, он должен сначала образовать органические соединения.
Как они появились, мы узнали еще в 1950-е годы благодаря ученым Стэнли Миллеру и Гарольду Клейтону Ури [3]. Два исследователя смоделировали в стеклянной колбе такую атмосферу, какая должна была преобладать на ранней Земле: вода, метан (углерод), водород и аммиак. Настолько суровые условия сегодня, пожалуй, можно встретить лишь в спортивных раздевалках да внутри кроссовок. Эти господа спровоцировали такое смешение электрических разрядов, чтобы смоделировать грозовые молнии, часто возникавшие в молодой атмосфере. На дне колбы находился искусственно созданный праокеан, довольно громкое название для лужицы воды. Фактически эксперимент стал давать интересные результаты, когда первичная атмосфера в течение нескольких дней подвергалась воздействию электрических разрядов. Жидкость начала приобретать розовую окраску, и, когда ученые исследовали ее, они обнаружили нечто удивительное: в первичной атмосфере благодаря грозовым разрядам спонтанно образовались органические молекулы, среди которых оказались сахара, жирные кислоты и аминокислоты. В процессе дальнейших экспериментов с изменением атмосферных условий были воссозданы и другие составные компоненты жизни, включая структурные элементы генетической информации. Так что в следующий раз, спускаясь в метро и ощущая в носу отчетливый запах метана [3], вы должны испытывать благодарность, ведь без него не было бы ни вас, ни метро.
Быть может, Лука кроме розовой протоплазмы получил также помощь от далеких звезд. В нашей Солнечной системе существует множество областей, где преобладают условия, при которых могут создаваться органические молекулы. Поэтому метеориты часто бывают переполнены строительными кирпичиками жизни, хотя сами по себе являются стерильными каменными глыбами. В метеорите Мерчисона весом более 100 фунтов, который упал в Австралии в 1969 году, было обнаружено 70 различных типов аминокислот, многие из которых известны благодаря современным живым существам.
Метеориты, которые в период формирования Солнечной системы стремительно проносились сквозь древние пылевые облака, при этом могли собирать органические вещества.