Текст книги "Истории будущего"

Третий шаг в любом управлении будущим есть действие, вмешательство в мир для достижения цели. Как информация, полученная сенсорными клетками, оценивается и превращается в действие?

Способ, которым клетки используют информацию для регуляции своего поведения, впервые описали в 1960-х годах французские исследователи Франсуа Жакоб и Жак Моно и их аспирант Жан-Пьер Шанже. Они доказали, что изменение формы позволяет белкам трудиться в качестве ферментов (ускоряя или обеспечивая реакции, которые в противном случае были бы невозможны внутри клетки) и в качестве переносчиков информации. Еще они показали, что сила белков многократно возрастает при командной, или сетевой, работе; такие скопления белков Жакоб и Моно назвали «оперонами».

Один из первых изученных ими оперонов регулирует процесс переваривания клеткой лактозы⁸⁸. Ключевыми здесь выступают белковые транскрипционные факторы, которые специализируются на блокировании генов. У них есть два «кармана», или места связывания. Один парит в цитоплазме в поисках молекул лактозы. Если он не находит таковых, то другой «карман» связывается с частями ДНК, кодирующими белки, которые расщепляют лактозу, и блокирует их экспрессию. Количество белков-репрессоров, выявляющих лактозу, сообщает клетке, сколько лактозы находится вокруг. Если множеству белков-репрессоров не удается найти лактозу, они фактически останавливают производство белков, переваривающих лактозу. Но если белки-репрессоры захватывают все больше молекул лактозы, то они меняют форму, ослабляют, так сказать, хватку над клеточной ДНК и позволяют генам, переваривающие лактозу, получать выражение. Если уровень лактозы снова упадет, весь процесс пойдет в обратном направлении. Этот изящный механизм отрицательной обратной связи обеспечивает переваривание лактозы при ее изобилии, но запрещает тратить энергию и ресурсы при ее отсутствии. Вот образчик утонченного мышления о будущем, которое опирается на вероятностные решения о грядущих потребностях клетки.

В каждой клетке в любой момент времени возможна слаженная работа миллионов оперонов, которые сочетаются между собой невероятно сложным образом. Некоторые комбинации куда хитроумнее, чем та, которую мы только что рассмотрели. Например, у оперонов может быть несколько белковых «реле», подлежащих включению прежде, чем клетка начнет производить новый белок, так что новый белок будет производиться только в том случае, если выполнены условия A, B и C. Перед нами условие вида «Если А, и В, и С, то D», а в других случаях возможно условие «Если A, или В, или C, то D». Значит, цепочки и сети белков могут действовать как логические схемы. Если достаточное количество этих «реле» собирается вместе, как в компьютере, появляется возможность выполнять множество вычислений. Как отмечает теоретик сложности вычислений Мелани Митчелл, машина, способная связать воедино и правильным образом обилие «и», «или» и «не», может вычислить более или менее все, что поддается вычислению⁸⁹. Вот так простые биомолекулярные «реле» клетки E. coli выполняют предельно тонкие вычисления, в том числе вероятностные расчеты возможного будущего. Поскольку многие опероны работают одновременно, вычисления в клетках выполняются параллельно. Это означает, что даже простейшие клетки могут вычислять несколько вероятностей в любой момент времени – доступность пищи, температура, внутренняя соленость, необходимость двигаться и так далее.

Возьмем движение в качестве примера действий, которые могут быть вызваны этими вычислениями. Клетки E. coli имеют до шести гладких и мощных «пропеллеров», которые позволяют им либо двигаться вперед, либо беспорядочно «кувыркаться». Подобно сенсорным молекулам, эти «пропеллеры» пронизывают мембраны. Они используют хлыстообразные хвосты, или жгутики, что висят снаружи клетки и могут вращаться со скоростью несколько сотен оборотов в секунду⁹⁰. Вообразим, что внутренняя поверхность «пропеллерных» молекул начинает улавливать поток белков-посланцев, сообщающих о наличии аспарагиновой кислоты. «Пропеллеры» заработают в унисон, и клетка начнет двигаться вперед. Если же насыщенность аспартатом падает, отдельные «пропеллеры» могут развернуться и отправить клетку «кувыркаться». Затем она выберет новое направление (грубо говоря, методом тыка) и продолжит поиски пищи.

Что сейчас произошло? Мы видели, как организм, слишком крохотный, чтобы его возможно было разглядеть невооруженным глазом, ставит перед собою цели, оценивает текущую ситуацию и принимает довольно верные решения о том, как встречать будущее. Его долгосрочные цели встроены в геном в виде кодов для создания молекулярных устройств, необходимых для достижения краткосрочных целей (поиск пищи). Белковые сенсоры сообщают клетке о продолжающейся охоте на аспартат и другие продукты питания; сети белков оценивают, как идут дела; изменение состава и формы этих белков определяет поведение клетки (кувыркаться или не кувыркаться?). Вся эта последовательность действий развивалась на протяжении миллионов лет, ибо клетки, сохранявшие неподвижность вопреки разумным основаниям для движения, выживали реже, чем те, которые кувыркались, а в геном вида постепенно встраивались более эффективные алгоритмы. Вот почему клеточный механизм мышления о будущем довольно хорошо справляется с прогнозами, потому-то кишечная палочка и выживает уже сотни миллионов лет.

Очень умно, не правда ли? В следующей главе мы рассмотрим, как решают задачу управления будущим многоклеточные организмы, используя новые типы механизмов, что увязывают воедино деятельность миллиардов клеток, каждая из которых не менее умна, чем отдельная клетка кишечной палочки.

Глава 4
Как растения и животные управляют будущим

«Растения в начале засухи часто заставляют корни врастать глубже в почву в поисках новых источников воды. При этом растение останавливает рост мелких корней там, где почва обычно суше всего. Так растение принимает решение о развитии и сосредотачивается на том, чтобы произрастать при наличии наибольшего шанса отыскать воду».

Дэниел Чамовиц «Что знает растение?»91

Многоклеточность: как она меняет мышление о будущем

Макробы [45]45
  В биологии макробами («большими») называют крупные и сложные живые организмы, противопоставляя их микробам («малым»). Постепенно этот термин был усвоен общественными науками и даже проник в художественную литературу (см., например, «Мерзейшую мощь» К. С. Льюиса). – Примеч. перев.


[Закрыть], вроде нас с вами, состоят из триллионов клеток, которые сотрудничают между собой, обеспечивая выживание единого крупного организма. Макробы утвердились в природе сравнительно недавно по меркам земной истории, приблизительно шестьсот миллионов лет назад. Многоклеточность позволила жизни приобрести новые формы и новые масштабы.

Каждая макробная клетка использует те же механизмы управления будущим, что и бактерии. Но, помимо управления собственным будущим, этим клеткам приходится решать и другую задачу – координировать свою деятельность с миллиардами или триллионами прочих клеток для управления будущим суперорганизмов, от которых они все зависят. Как же удается заставить миллиарды клеток договариваться о хорошем совместном будущем, делиться информацией и оценивать закономерности, выявленные на основе этой информации, а затем коллективно действовать на благо крупного организма, составными частями которого все они являются? Как вынудить миллиарды клеток согласиться с тем, что прямо сейчас – самое подходящее время, чтобы вложить силы в спасительное бегство от льва или в погружение корней глубже в почву?

Эти совместные задачи настолько отличаются от тех, с которыми сталкиваются одноклеточные организмы, что они требуют нового биологического механизма для коллективного управления будущим. Создание этого механизма заняло сотни миллионов лет, вот почему, кстати, макробы появились в истории Земли сравнительно недавно. Также перед нами и объяснение того, почему геномы макробиальных клеток больше по размерам, чем геномы бактерий, и почему они кодируют множество новых видов белков. Простая нематода Caenorhabditis elegans (с которой мы еще встретимся) всего около миллиметра в длину и располагает всего тысячей клеток. Но почти 90 процентов ее генов, каковых насчитывается девятнадцать тысяч, призвано поддерживать хорошие отношения между клетками организма⁹². Для выживания в коллективе макробным клеткам необходимо приложить немало усилий к общению, переговорам и сотрудничеству.

Может ли сложный механизм совместного управления будущим, которым наделены макробы, научить чему-нибудь новому такой вид, как человеческий род, отдельные члены которого начинают осознавать, что индивидуальное будущее все больше зависит от успехов человечества в целом?

Почему макробиальные клетки так хорошо сотрудничают?

Чтобы понять макробное мышление о будущем, нужно сначала установить причину столь эффективного сотрудничества триллионов клеток.

За редкими исключениями макробы состоят из эукариотических, а не прокариотических клеток и потому принадлежат к третьему биологическому надцарству – эукариотам. Первые эукариотические клетки возникли почти два миллиарда лет назад, должно быть, в результате слияния уже существовавших прокариотических видов. (Эта революционная идея, впервые предложенная биологом Линн Маргулис, ныне разделяется большинством биологов.) По сравнению с крестьянскими хижинами прокариотов клетки эукариотов представляют собой дворцы. Они могут быть в сотни раз больше прокариотических клеток и содержат множество внутренних «секций» специфического назначения и со специфическими функциями. Наиболее важным среди «секций» является ядро, этакое укрепленное внутреннее святилище, которое защищает ДНК клетки.

Эукариотические клетки макробов хорошо сотрудничают по двум основным причинам. Во-первых, каждая клетка макроба имеет точно такую же ДНК. Тем самым обеспечивается своего рода запрограммированная лояльность к более крупному организму. В самом деле, макробным клеткам, подобно летчикам-истребителям на самоубийственных миссиях, порой поступает приказ погибнуть на благо более крупного организма – и в основном они подчиняются. На биологическом жаргоне такое самопожертвование называется апоптозом. Скажем, пальцы на руках человека образуются потому, что при развитии в материнской утробе клеткам в промежутках между пальцами приказали умереть и они повиновались⁹³. Раковые клетки не подчиняются таким приказам, и это показывает, насколько опасно для макроба нарушение межклеточного сотрудничества.

Вторая причина, по которой макробные клетки хорошо взаимодействуют друг с другом, заключается в том, что они могут специализироваться, превращаясь в клеточные аналоги хирургов и сантехников, музыкантов и модельеров. Специализация делает каждую клетку зависимой от других и от выживания более крупного макроорганизма в целом. Отчасти похоже на современное людское общество, где фермеры выращивают еду, а медсестры ухаживают за больными. Чтобы выживать, они должны сотрудничать. Фермер будет кормить медсестру, которая присматривает за его детьми, когда те болеют, а вместе они зависят от упорядоченного функционирования большого общества, членами которого оба являются. Точно так же макробные клетки распределяют между собой такие задачи, как борьба с инвазивными бактериями, сгибание мышц и пр. – в том числе мышление о будущем. А клеточное разделение труда по степени сложности едва ли уступает разделению в человеческих обществах. У животных эритроциты специализируются на транспортировке кислорода, костные клетки поддерживают жесткость организма, мышцы выполняют тяжелую работу, клетки кожи защищают границы тела, а нейроны передают информацию и оценивают ее значимость. Всего в человеческом теле насчитывается около тридцати триллионов клеток, разделенных приблизительно на двести различных типов.

Хотя все клетки определенного макроба имеют одну и ту же ДНК, их ДНК содержит инструкции по созданию множества различных типов клеток. Вот почему эукариотические клетки могут специализироваться. В первые дни жизни макроба все его клетки состоят из одинаковых стволовых клеток, которые могут превратиться во множество различных типов клеток. Но через неделю или две растущий клубок стволовых клеток становится достаточно большим, чтобы разные клетки могли очутиться в немного разных условиях. В зависимости от того, находится ли клетка внутри клубка или ближе к его краю, она будет чуть иначе воспринимать давление и ощущать различные химические реакции и температуры. Внутри каждой клетки эти мелкие различия вызывают своеобразный отклик факторов транскрипции, которые погружаются в ДНК и начинают блокировать одни гены и выражать другие. Эпигенетика снова в деле; как следствие, каждая клетка экспрессирует немного разные гены. По мере накопления различий каждая клетка отправляется по своему собственному «карьерному» пути. Целые участки ДНК отключаются (в некоторых случаях навсегда), тогда как другие участки активируются. Коли началось превращение в мышечную клетку, процесс уже не остановить, и будущее предрешено. Новые сигналы могут подсказать, какой конкретно мышечной клеткой стать, но они уже не в состоянии превратить эту клетку в нейрон или эритроцит. Специализация объясняет, почему большинство макробных клеток используют менее половины генов своей ДНК: ведь во всех клетках применение получают лишь гены, необходимые для повседневной деятельности⁹⁴. Эпигенетические процессы также гарантируют, что специализация родительских клеток перейдет к их потомкам. По мере самокопирования ДНК переносит структуры факторов транскрипции, закрепленных в ДНК, на новые копии, и дочерние клетки экспрессируют только гены, выражавшиеся их предками. Вот почему костные клетки производят только костные клетки, нейроны производят нейроны, а мышечные клетки – только мышечные клетки.

Крайняя зависимость в силу специализации объясняет, почему каждая клетка внимательно прислушивается к сигналам, поступающим из-за пределов ее мембраны. Каждая клетка внимательно наблюдает за соседями и отбирает химические и питательные вещества, энергию и информацию в среде, куда направлены сенсорные молекулы, для получения сообщений издалека. Эти сообщения сродни публичным объявлениям. Они могут поступать в виде электрических импульсов или в виде особых молекул, таких как гормоны, а то и просто от воздействия соседей.

Говоря коротко, макробные клетки стремятся работать вместе и обмениваться информацией с другими клетками и с организмом в целом. Такого рода сотрудничество является основой для мышления о будущем всех макробов. Вот почему макробные клетки могут ставить общие цели, сотрудничают при оценке вероятного будущего и трудятся совместно, выбрав сообща наилучший план действий. В следующем разделе мы рассмотрим те методы, к которым прибегают растения для управления своим будущим. Затем, приблизившись к нашему собственному виду, мы рассмотрим, как планируют свое будущее животные, – и наконец-то начнем на самом деле обсуждать мышление о будущем.

Как растения управляют своим будущим

Идея о том, что растения управляют своим будущим, может показаться странной, ибо очень уж хочется посчитать травы и деревья пассивными существами. Но за иллюзией пассивности скрывается вполне целеустремленное и изощренное управление будущим.

Растения отличаются от животных главным образом тем, что они получают большую часть своей энергии непосредственно от солнца, используя сложные биохимические реакции (фотосинтез). Растения поглощают солнечный свет, как котята лакают молоко, но солнечный свет проливается повсюду, так что им не приходится двигаться, чтобы его получить.

Фотосинтез обеспечивает большую часть биохимической энергии, от которой зависит жизнь. Он подпитывается фотонами солнечного света и управляется хлоропластами, которые находятся внутри растительных клеток. Также нужны вода и углекислый газ, но их тоже доставляют, как и свет, прямо, что называется, на порог. Другие жизненно важные элементы – скажем, азот, фосфор и магний – обычно содержатся в почве, куда проникают корни растений. Поскольку энергия и питательные вещества, в которых растения нуждаются, распространены в окружающей среде, большинство растений суть «сидячие» существа. Их отпрыски, то бишь споры и семена, подвержены перемещениям, однако, единожды укоренившись, растения обыкновенно остаются на одном месте до конца срока своей жизни.

Это не значит, что они могут расслабиться. Чтобы выживать и размножаться, растениям необходимо искать информацию и делать вероятностные ставки, как всем прочим живым организмам⁹⁵. Но ставки они делают посредством энергии и питательных веществ, а не иной валютой, и пре– имущественно ставят на способы управления собственными телами. Так, плакучая ива «решает», сколько сил потратить на то, чтобы вырасти выше соседок, сама определяет, подходящее ли время, чтобы одеться листвой, или пора выпускать бутоны и цвести. А может, нужно готовиться к отражению нападения жуков? Плакучая ива, подснежник или куст картофеля – все они ставят на вероятное будущее столь же регулярно, как и любой игрок-человек, и будущее для них тоже определяется количеством выигранных ставок.

Растения управляют своим будущим, используя те же три шага, что и прочие живые организмы. У них есть цели, большие и малые; они ищут и анализируют закономерности в своем окружении, чтобы выяснить, что может произойти далее; а потом действуют, делая ставки.

У подснежников и картофеля имеются собственные утопии. Но для разных видов подробности успеха выглядят по-разному, да и движение к успеху тоже разнится. Иначе говоря, каждое растение лелеет собственные микроцели, причем большинство из них встроено в геном в виде генов для создания белков и клеток, необходимых каждому виду для выживания, процветания и размножения в конкретной нише. Микроцели подобны спискам биохимических приемов и маневров, которые многие поколения плакучих ив или кактусов сочли полезными в прошлом.

Шаг второй – это поиск закономерностей. Чтобы узнать, что происходит вовне, клетки на поверхности растений применяют сенсорные белки, которые улавливают изменения в молекулах, энергиях, запахах и даже звуках окружающей среды. Будучи восприемниками солнечного света, растения особенно хорошо различают световые частоты. Арабидопсис, родич горчицы [46]46
  Резуховидка, цветковое растение семейства капустных; сегодня выступает как удобный модельный организм в молекулярно-биологических исследованиях в силу своего относительно короткого цикла развития. – Примеч. перев.


[Закрыть], широко используемый в ботанических экспериментах, наделен как минимум одиннадцатью различными типами детекторов света: «Одни сообщают растению, когда прорастать, другие подсказывают, когда наклоняться к свету, третьи говорят, когда зацвести, а иные уведомляют, что наступает ночь»⁹⁶.

После выявления информацию о развивающихся закономерностях следует направить другим клеткам, включая отдаленные. С соседями общаться просто: некоторые клетки способны передавать белки, в том числе факторы транскрипции, напрямую через свои мембраны⁹⁷. Для транспортировки воды, питательных веществ и молекул, несущих информацию, от корней к листьям сосудистые растения используют древесные каналы, иначе ксилемы. Жидкости вытягиваются вверх частично за счет давления снизу, поскольку испарение снижает давление в верхних частях растения. Сосудистые растения также содержат сок, который распределяет несущие информацию гормоны и богатые энергией побочные продукты фотосинтеза по всем частям растения. Сок переносится вниз от листьев посредством специальной проводящей ткани – флоэмы. У деревьев флоэма расположена прямо под корой.

Растения также могут передавать информацию электрически. В 1990-х годах группа исследователей под руководством Дайаны Боулз показала, что поврежденные листья томатов способны связываться с другими листьями через электрические сигналы. Другие листья отвечали производством защитных белков на случай вероятного нападения и повреждения. Позднее швейцарские ученые, используя растения вида Arabidopsis, установили, что электрические импульсы для этих ботанических «вызовов» обеспечивает хемиосмос – механизм, присутствующий в большинстве типов клеток. Специальные насосы позволяют клеткам регулировать концентрацию ионов калия и кальция (заряженных атомов) по обе стороны мембран. Так создается слабый электрический потенциал на клеточных мембранах, который можно использовать, среди прочего, для возбуждения электрического импульса⁹⁸. Мы рассмотрим эти клеточные батареи более подробно, когда будем обсуждать нейроны в настоящей главе.

Используя сигнальные молекулы, будь то гормоны и электрические сообщения, растительные клетки могут обмениваться большим количеством информации о том, что происходит и что нужно делать. Листья и корни могут улавливать химические вещества в воздухе и почве и предупреждать другие клетки об их присутствии, а растения «осознают», когда к ним прикасаются (понаблюдайте, как венерина мухоловка смыкает свои остроконечные челюсти на крохотной лягушке). Недавние исследования показывают, что растения даже могут воспринимать звуки наподобие журчания близлежащего ручья. Еще они могут обмениваться информацией с другими растениями. Например, могут ощущать изменение плотности и состава той пелены белков и химических веществ (феромонов), что источается соседними растениями. А растения, пораженные насекомыми, могут выделять белки и химические вещества, отпугивающие паразитов. Те растения, что находятся поблизости, «унюхают» эти химические вещества, оценят степень угрозы и отреагируют соответственно – быть может, выработкой собственных защитных токсинов. Людям, располагающим более эффективными способами коммуникации, феромоны не очень-то нужны, но для растений они составляют своего рода химический язык. Вряд ли получится обсудить на этом языке смысл жизни или философию времени, зато вполне возможно поделиться сведениями о вероятном будущем. Совсем недавно Сюзанна Симард показала, что деревья используют свои корни для обмена информацией и питательными веществами через огромные грибковые сети, которые стали известны как «древесный Интернет» (Wood Wide Web)⁹⁹.

Растения, которые начинают вырабатывать токсины после того, как «унюхают» феромоны от соседей в беде, получили сведения о вероятном будущем: угроза, прежде потенциальная, становится реальной. Они начинают действовать на основании этих сведений, вкладывая в дело энергию, необходимую для производства новых химических веществ.

Оценка вероятного будущего подразумевает поиск закономерностей. А распознавание последних требует некоторой формы памяти – то есть способности сравнивать то, что произошло только что, с тем, что случилось ранее. Как помнят растения?¹⁰⁰

Дарвин, блестящий биолог-исследователь эпохи до высоких технологий, показал, что плотоядные растения, та же венерина мухоловка, используют некую форму памяти, решая, сомкнуть ли им челюсти. Дарвин выращивал плотоядные растения в собственной теплице, а в 1875 году опубликовал новаторскую книгу на эту тему [47]47
  Имеется в виду работа «Движения и привычки вьющихся растений». – Примеч. ред.


[Закрыть]. Он выяснил, что плотоядные растения поедают мелких существ – жуков, мух и маленьких лягушек, – потому что растут в бедных питательными веществами почвах и нуждаются в дополнительном количестве азота и фосфора¹⁰¹. При этом они должны быть разборчивыми в своих пристрастиях, ведь требуется энергия, чтобы распахнуть челюсти-ловушки, а затем снова их сомкнуть. Следовательно, они должны быть в состоянии решать, нужно ли ловить очередную жертву. Дарвин не сумел обмануть плотоядные растения в своей теплице ни каплями воды, ни крохотными живыми организмами. Сегодня мы знаем, что эти растения просыпаются, только если что-то касается минимум двух из малочисленных крошечных сенсоров внутри их челюстей, причем такие касания должны происходить в быстрой последовательности. Первое прикосновение говорит, что «возможно» появление жертвы и пора готовиться; эта информация запоминается. Второе прикосновение сообщает, что жертва точно появилась, и челюсти смыкаются.

Современные исследования показывают, что тут проявляет себя хемиосмос. Первое прикосновение пропускает потоки ионов кальция через мембраны сенсорных клеток, создавая электрический потенциал, которого недостаточно для схлопывания ловушки. Венерина мухоловка колеблется в своем решении. Она будет помнить это первое прикосновение до тех пор, пока сохраняется созданный им электрический потенциал. Но в целом порыв растения угасает по мере ослабления электрического потенциала – разве что он не обновится за счет быстрого получения новой информации в виде нового электрического импульса. Именно это и делает второе прикосновение к ловушке. Два заряда вместе генерируют электрический импульс, достаточно сильный для срабатывания ловушки. Память заключается в добавлении двух зарядов за короткий промежуток времени; отчасти похоже на человека-игрока, который получает две многообещающие подсказки, направляясь к букмекерам. С вычислительной точки зрения это своего рода переключатель «если А и В, то С». Если два прикосновения следуют друг за другом быстро, значит, нужно смыкать челюсти! При этом растение выделяет пищеварительные соки, превращая свои челюсти во временный, как выражался Дарвин, желудок¹⁰².

Растения используют различные механизмы для создания кратковременной и долговременной памяти и сохранения воспоминаний. Мы только что наблюдали, как венерина мухоловка задействует краткосрочную память, но растения также обладают долговременной памятью. Они способны помнить в течение нескольких часов, месяцев и даже лет. Большинство растений ощущает сезонные изменения в природе, замечая разницу в продолжительности дня и ночи¹⁰³. Но когда дни и ночи почти одинаковой длительности, растение не знает, как себя вести; ему еще нужно знать, возрастает или падает температура. А для установления этой закономерности необходимы как минимум два набора данных, один из которых должен храниться в памяти. Некоторые растения помнят, что им довелось пережить недавно холодный или теплый период, и это обстоятельство помогает им различать осень (когда пора сбрасывать листву) и весну (когда листья следует выращивать).

Важные исследования долговременной памяти у растений связаны с изучением арабидопсиса, ибо некоторым видам требуется похолодание, прежде чем они смогут зацвести. Тут снова в игру вступают эпигенетические механизмы. В эукариотических клетках молекулы ДНК заперты в ядре, где они плотно и экономно «упакованы» вокруг белков (гистонов), этаких молекулярных катушек для шерсти. Каждый пучок при этом помещается внутри более крупного, и образуются плотные клубки хроматина. Когда необходимо экспрессировать ген, факторам транскрипции приходится внедряться через слои хроматина, находить нужную «нитку» ДНК и разматывать ее до тех пор, пока ген не станет возможным прочитать и выразить. Значит, устройство ДНК помогает определить, насколько легко получить и экспрессировать определенные гены. У таких растений, как арабидопсис, периоды холодной погоды, по-видимому, гарантируют сворачиваемость хроматина, и тем самым облегчается доступ к генам, необходимым для прорастания¹⁰⁴. Но после роста гистоны подлежат перепаковке, дабы заблокировать выражение задействованных генов до нового сезона цветения. Эта форма долговременной памяти возникает вследствие изменений в организации хроматина, хранилища клеточной ДНК.

Все организмы, включая растения, обладают, похоже, внутренними суточными часами, которые помогают предсказывать вероятные изменения во внешнем мире¹⁰⁵. Ритмы дня и ночи важны особенно, поскольку они формируют множество других ритмов на нашей планете, от изменений температуры до поведения хищников. Глазам некоторых рифовых рыб требуется около двадцати минут, чтобы приспособиться к дневному свету. То есть приблизительно за двадцать минут до рассвета их внутренние часы говорят им: «Конечно, еще темно, как ночью, но высока вероятность, что рассветет через двадцать минут, а тогда хищники выйдут на охоту с первыми проблесками света, так что лучше просыпайся-ка ты прямо сейчас!»¹⁰⁶

Самое раннее наблюдение в пользу существования циркадных ритмов у растений сделал в начале восемнадцатого столетия французский астроном Жан-Жак д’Орту де Меран. Он заметил, что листья мимозы поднимаются и опускаются в зависимости от положения солнца, и что так происходит, даже если поместить растение в темный шкаф, хотя со временем, конечно, ритм расходится с солнечными. Стало ясно, что ритмическое поведение растений зависит от каких-то внутренних часов. Некоторые цианобактерии способны выполнять ритмические циклы, используя всего три белка. В более сложных организмах возможно наличие множества циркадных часов, которые обновляются и координируются в процессе так называемого entrainment [48]48
  Букв. «захвата», то есть подчинения жизненного цикла организма циклам внешней среды. – Примеч. ред.


[Закрыть]. У млекопитающих имеются своего рода главные часы – в области и мозга с прекрасным названием супрахиазматическое ядро, или СХЯ. По нему выставляются многие другие внутренние часы, как по среднему времени по Гринвичу¹⁰⁷. Но никакие циркадные часы не идеальны. Растения страдают от смены часовых поясов, если лабораторный ученый жестоко переустанавливает их внутренние часы, искусственно меняя ритмы дня и ночи. Искусственный солнечный свет может заставить растения раскрыть листья посреди ночи. Но если дело вовсе не в злобном экспериментаторе, который постоянно переводящем часы, то растения быстро приспосабливаются к новым ритмам. Сегодня салат, горох, циннии и подсолнухи выращивают на Международной космической станции в особых условиях, создавая для них искусственные дни и ночи, и растения соответствующим образом настраивают свои циркадные часы.

Способность растений накапливать и анализировать информацию настолько восхищают, что Дарвин, в редкое для себя мгновение фантазии, поневоле задался вопросом, а нет ли у растения какого-либо мозга – допустим, в «корешке» или на кончике побега: «Едва ли будет преувеличением, – писал он, – сказать, что кончик корешка… обладая даром направлять движение смежных частей, действует как мозг одного из низших животных»¹⁰⁸. Сегодня эти слова выглядят одним из немногочисленных преувеличений Дарвина. Способность растений предвидеть и планировать вероятное будущее, по-видимому, не требует центральной координирующей системы, она распределена по всему организму. Вычислительные способности растений, как и бактерий, кажутся эмерджентным свойством, возникающим в результате взаимодействия миллиардов отдельных биохимических реакций. Но это не должно уменьшать нашего уважения к тем сенсорным и вычислительным навыкам, которые растения применяют для работы с неопределенным будущим, ведь очень многие решения по управлению будущим, принимаемые нашими собственными телами, обусловлены схожими мотивами.

Наконец растения действуют. Подсолнухи, мимозы и многие другие растения поворачиваются к солнцу; корни ищут воду и извлекают питательные вещества из почвы, закапываются глубже в поисках пропитания; различные части растений увеличиваются, сжимаются, меняют цвет, выпускают бутоны или источают экзотические ароматы. Многие из этих действий изменяют облик растения, а самое удивительное то, что среди них немало связанных с движением. Дарвина это движение растений настолько очаровало, что он написал книгу «Сила движения у растений». Там объяснялось, что растения участвуют в сложных – почти балетных – движениях, пытаясь управлять своим будущим. Многие из этих движений принимают форму «циркуляции»: это исследовательское круговое движение, подобное тому, какое совершает «стебель вьющегося растения, изгибаясь последовательно по всем направлениям и вращая кончиком». Дарвин установил, что «всякая растущая часть каждого растения постоянно вращается, пускай едва заметно. Даже стебли сеянцев, прежде чем пробьются сквозь кору почвы, циркулируют, подобно погребенным в земле корешкам, насколько позволяет давление окружающей земли»¹⁰⁹.