Текст книги "Дикие гены"

Эдвард Теллер, «отец водородной бомбы» и, кстати, тоже член «Клуба галстуков РНК», на протяжении многих лет являлся ведущим специалистом американской атомной программы, внесшим решающий вклад в создание атомной и водородной бомбы. Впоследствии он прославился главным образом своей увлеченностью проектами, необходимость и возможность реализации которых были весьма сомнительными. В частности, Теллер выступал за использование ядерного оружия в мирных целях (да, вы не ослышались), например для строительства громадной глубоководной гавани на Аляске за счет целенаправленного подрыва нескольких водородных бомб. Этот проект действительно долгое время обсуждался, но в конце концов был отклонен по причине нерентабельности (гавань была бы покрыта льдом на протяжении девяти месяцев в году) и негативного влияния на здоровье.

Один из руководителей Теллера писал: «Огромный энтузиазм, с которым Эдвард относился к этой идее, позволял сделать вывод о том, что из нее ничего не получится». В научных кругах бытовала шутка, что именем Теллера названа единица абсолютно необоснованного оптимизма. При этом «один теллер» представлял собой настолько большую величину, что нормальный уровень оптимизма оценивался в одну миллиардную теллера, то есть нанотеллер.

Мирный австралийский городок Мерчисон, 11 часов утра. Люди только начинают задумываться, что бы съесть на обед, но тут небо озаряет яркая вспышка. За ней следует нарастающий рев, и большой метеорит, прочертив огненный след по небу, взрывается с оглушительным грохотом. Сверху сыплется дождь осколков. Люди переглядываются, забывают об обеде и отправляются посмотреть, что произошло. Прямо на улице они подбирают куски серо-коричневой массы (всего их оказалось больше 100 килограммов). Этот метеорит, получивший впоследствии название мерчисонского, стал огромной удачей для науки. Его возраст, оцененный в 4,5 миллиарда лет, совпадал по времени с зарождением Солнечной системы. В то время Солнце и планеты находились еще в стадии становления, поэтому метеорит позволил получить ценные сведения о том, на что была похожа юность Солнечной системы.

Но настоящей сенсацией стал тот факт, что внутри осколков было обнаружено более 15 различных аминокислот (а при последующем анализе еще больше), в том числе и те, которые были получены в ходе экспериментов, проведенных на Земле. Кроме того, ученые нашли и другие важные кирпичики жизни: жирные кислоты и урацил, входящий в состав РНК. Каким же образом возникли эти соединения?

Сегодня мы знаем, что космическое излучение способно в условиях космоса создавать сложные органические соединения из более простых молекул. Этот процесс вполне может носить универсальный характер. Так, например, уже получены данные о наличии органических соединений в межзвездных пылевых облаках, а в 2012 году астрономы даже обнаружили одну из разновидностей сахаров в зарождающейся звездной системе, удаленной от нас на 400 световых лет. Предполагается, что сложные органические вещества образуются в молодых звездных системах еще до возникновения планет. Поэтому можно представить себе, что и на заре нашей Солнечной системы такие вещества могли попасть на Землю с кометами и астероидами и сыграть таким образом важную роль в возникновении жизни.

По времени все совпадает, так как примерно в промежутке между 4,1 и 3,8 миллиарда лет тому назад наступила фаза, во время которой внутренние планеты (Меркурий, Венера, Земля и Марс) регулярно сталкивались с большими и малыми космическими телами. Условия были просто адскими. Этот период иногда называют «большой бомбардировкой», и хотя шрамы, полученные Землей, почти полностью исчезли в результате эрозии и движения тектонических плит, мы можем получить представление о действовавших в то время силах, взглянув ясной ночью на изрытое оспинами лицо Луны. Большинство видимых на ней громадных кратеров образовалось именно тогда.

Идиллический «маленький теплый пруд», который представлял себе Дарвин, был похож, скорее, на ядовитый ад. Однако он стал источником таких органических веществ, как сахара, жирные кислоты и аминокислоты, являющиеся сегодня строительным материалом для всех живых организмов. Правда, картина до сих пор еще не полная и многие вопросы остаются без ответа.

А невыясненные вопросы создают почву для спекуляций! Простой вопрос «А что, если?..» нередко приводил к зарождению империй, разрушению браков и созданию кулинарных шедевров. В данном случае вопрос звучит так: «А что, если жизнь вообще не возникла на ранней стадии развития Земли, потому что условия не отвечали этому на сто процентов?»

На первый взгляд это может показаться абсурдным. Ведь мы же существуем. Откуда мы в таком случае взялись? Но кто знает, может, мы все инопланетяне. Возможно, жизнь возникла не на Земле, а где-то в другом месте Вселенной, а потом была импортирована сюда. Подобные идеи высказываются в рамках так называемой гипотезы панспермии (от греч. pan – всё и sperma – семя), и наука исследует их самым серьезным образом.

Поскольку многие органические соединения обнаруживаются в самых дальних уголках Вселенной, вполне можно представить себе, что существуют планеты или их спутники, которые так же хорошо, как и Земля (или даже лучше), подходят для зарождения жизни. Во всяком случае, в последние годы открыто несколько планет земного типа в далеких звездных системах, на которых может существовать вода в жидкой форме.

Но как потенциальная жизнь перемещается в космическом пространстве? Сторонники гипотезы ненаправленной панспермии исходят из того, что в результате бомбардировки астероидами и кометами планет, на которых существует жизнь, микроорганизмы могут выбрасываться в космос. Отдельные ничем не защищенные микроорганизмы вряд ли смогут выжить в таких условиях. Жесткое излучение сильно повредит их наследственный материал. Но если они находятся глубоко внутри камней (а на Земле такое встречается), то шансы существенно возрастают. Нам известно, что такие камни перемещаются внутри нашей Солнечной системы от одного космического тела к другому. На Земле уже найдено более сотни метеоритов, попавших к нам с Луны и Марса. Точно также подсчитано, что за последние 3,5 миллиарда лет, то есть с тех пор, как на Земле существует жизнь, на Венеру с нашей планеты могло попасть около 26 миллионов камней диаметром более трех метров, на Марс – 360 тысяч, а на Юпитер – 83 тысячи. Остальные обломки рассеяны где-то по Солнечной системе и могли попасть, к примеру, на спутники Юпитера Но и Европу или на спутник Сатурна Титан, где также возможна примитивная жизнь.

Обсуждается также возможность целенаправленной панспермии, в ходе которой жизнь активно доставляется в другие миры. Да, вы не ослышались. Речь идет об инопланетянах и космических кораблях – все по полной программе.

Эта идея не относится к числу центральных. Говорить о ней всерьез – это, пожалуй, самый быстрый способ заслужить репутацию чудака. Чтобы противостоять насмешкам окружающих, надо иметь сильный характер. Не повредит и диплом лауреата Нобелевской премии в шкафу. У Фрэнсиса Крика было и то, и другое. В 1973 году он совместно с Лесли Орджелом написал работу о целенаправленной панспермии. В ней оба автора пришли к выводу, что сознательное «засевание» нашего мира жизнью со стороны инопланетян вполне возможно. Правда, они сделали оговорку, что имеющиеся в их распоряжении данные не позволяют оценить степень вероятности такого сценария.

Особенно причудливо выглядит побочная гипотеза космического мусора, сформулированная в I960 году американским астрофизиком Томасом Голдом. В общих чертах она сводится к тому, что инопланетяне в древние времена посетили Землю и оставили на ней мусор, зараженный микроорганизмами, из которых впоследствии и развилась вся жизнь на нашей планете. Не слишком аппетитная идея. Но в 2012 году почти такая же история в действительности произошла на Марсе. Только инопланетянами в данном случае были мы сами. Марсоход «Кьюриосити» нечаянно занес на своем корпусе бактерии на Марс.

Но независимо от того, зародилась ли жизнь самостоятельно в адской кухне древней Земли или была откуда-то занесена, следует исходить из того, что все началось с некой функциональной единицы наследственного материала, которая смогла себя воспроизвести, – то есть с первого гена.

Глава 3
Ошибочная эволюция

Рассказ о 10 тысячах способов, которые не действуют, о девочке, упавшей с пони, о нескольких сотнях морских свинок и ошибках в ДНК, которые заставляют нас двигаться вперед.

Капля пота спускается по моему лбу между бровями, на какой-то момент задерживается на кончике носа и с тихим шлепком падает на острие сабли, которую бородач держит возле моего горла. «Это была твоя ошибка, каналья /» – орет он, вынуждая меня сделать еще шажок по доске, выступающей за борт. Балансируя над грязной водой портовой акватории, я вынужден в какой-то мере признать его правоту. Да, сегодня я действительно совершил ряд промахов.

Проснувшись утром от звонка будильника, я сразу вспомнил, что меня ждут нелегкие испытания, так как у Хедвиг сегодня день рождения. И как всегда, когда она отмечала его у нас в Гамбурге, этот день совпадал с праздником в порту. Значит, нам в очередной раз предстоит путешествие на прогулочном теплоходе и кофе с вишневым тортом. И никаких возражений. Я застонал. Каждый раз одно и то же.

Не успел я еще выбраться из постели, как жена озабоченно поинтересовалась: «А ты билеты на теплоход купил?»

Конечно же нет, черт возьми! «Ну разумеется, дорогая. Не беспокойся». И почти искренняя улыбка в придачу. Теперь мне мог помочь только Калле из администрации порта. Пока готовился завтрак, я заперся в туалете. «Билеты на теплоход? Сегодня? В праздничный день? Да ты свихнулся/» – доносилось из мобильника. Пять минут я отчаянно умолял и давал самые абсурдные обещания. В конце концов мне удалось добиться от Калле, что он «поговорит с нужными людьми».

Пока за завтраком звучали дежурные поздравления в адрес Хедвиг, которая принимала их с обычным стоическим видом, телефон пискнул, давая сигнал о поступлении СМС: «11:30, “Кровавая Лиза”». Хедвиг взглянула на меня. Не дай Бог, онаузнает, что я забыл про ее день рождения. «Дорогая Хедвиг, в этот радостный день мы, как всегда, приглашаем тебя на теплоходную прогулку. Но в этот раз мы поплывем не на “Фризии” а на “Кро…”, ну, в общем, на “Лизе”. Это тоже замечательный корабль».

Потратив целую вечность на то, чтобы протиснуться через толпы туристов, мы наконец добрались до нужного причала. «Кровавая Лиза» оказалась небольшим и довольно потрепанным одномачтовым парусником, глядя на который с трудом верилось, что во время прогулки будут еще подавать и кофе. Все семейство с тревогой посмотрело на меня.

«Я слышал, что капитан готовит изумительный вишневый торт по рецепту из Шварцвальда», – импровизировал я, ведя всех к трапу. Хедвиг молча оглядела парусник, повертела в руках красный зонтик от солнца и взошла на борт. Едва мы успели подняться, кто-то крикнул: «Все на борту!»

«Хорошо, – проворчал коренастый мужчина, который стоял на палубе спиной к нам, широко расставив ноги. – Отдать концы! Да пошевеливайтесь вы, тухлые макрели!» Босоногие матросы, головы которых украшали треуголки и платки, втащили трап на палубу. Капитан повернулся к нам. Положив левую руку на эфес сабли, он спросил: «Это вы те самые сухопутные крысы, о которых мне говорил четырехпалый Калле?» Когда он говорил, сквозь спутанные черные усы и бороду поблескивал золотой зуб.

О Господи! Похоже, эту посудину зафрахтовали ребята из клуба розыгрышей, в котором состоял Калле, а мы попали сюда за компанию. Я бросил взгляд на Хедвиг. Она стояла со скрещенными на груди руками и, приподняв одну бровь, рассматривала капитана. Я сделал последнюю попытку предотвратить надвигавшуюся катастрофу: «Давайте оставим все эти пиратские штучки и побудем просто нормальными взрослыми людьми. Для разнообразия это тоже неплохо…»

Но договорить до конца я не успел. Лицо капитана Свена (по прозвищу Кровавая Рука) налилось кровью, и вокруг нас сомкнулось кольцо головорезов, которые были на удивление хорошо вооружены для офисных клерков. Как я уже говорил, это была моя ошибка…

«Ступай поздоровайся с рыбами! – рявкнул капитан (в обычной жизни продавец мебельного магазина), загоняя меня на доску. Его золотой зуб блестел в предвкушении развлечения, но тут со стороны тети Хедвиг послышалось: «Слушай, парень, если кто поднимет руку на мою семью, ему придется иметь дело со мной!» Свен недоуменно оглянулся. В это мгновение тетушка зацепила его ногу рукояткой зонта и сильно толкнула в грудь. Он пошатнулся и плюхнулся в воду.

Когда команда вновь вытащила его на палубу, ему оставалось только убедиться в том, что корабль полностью перешел под командование Хедвиг. Она стояла за штурвалом и отдавала команды, направляя парусник на «Фризию», где публика на палубе наслаждалась кофе и солнечной погодой. Вся семья собралась вокруг нее, укоризненно поглядывая на меня.

«Извините, я просто забыл вовремя заказать билеты…» – бормотал я себе под нос.

Хедвиг долго смотрела на меня, а потом произнесла: «Ошибки случаются у каждого, мой мальчик. Главное – это уроки, которые мы из них извлекаем. А теперь я хочу получить свой торт, треска ты сушеная! Приготовиться к абордажу!»

На мачте взвился черный флаг. На «Фризию» полетели абордажные крючья. Свен, с которого по-прежнему стекали капли воды, стал ловко взбираться по канату вместе с тремя радостно вопящими программистами. Похоже, зарождалась новая традиция праздновать день рождения, и она нравилась мне куда больше. Я улыбнулся и, зажав в зубах лопаточку для торта, тоже отправился за добычей.

Давайте взглянем фактам в лицо: допустить ошибку может каждый – и вы, и я, и королева Англии, и Чак Норрис. Человеку свойственно ошибаться, и это совершенно нормально. Не забывайте, что ошибки тоже приносят пользу. Ну если честно: когда вы сидите вечером с друзьями и травите всякие байки, то самые интересные из них обычно начинаются с того, что кто-то где-то сел в лужу. Мы все время стараемся сделать все как можно лучше, но перфекционизм далеко не всегда является частью нашей натуры. Отказывая себе и другим в праве на ошибку, мы пытаемся выдать желаемое за действительное, а это ведет только к разочарованиям.

Наука не является исключением. В ней тоже случаются ошибки. А если уж совсем по-честному, то здесь они нужнее всего! Ведь самые лучшие учителя – это ошибки, заблуждения и неожиданности. Поэтому неудавшийся эксперимент не менее важен, чем совершенный план.

В лабораториях царит конкретика. У вас есть научная проблема, вы придумываете подходящую теорию и хотите быстро и убедительно ее доказать. Но уже через некоторое время оказываетесь с разбитой вдребезги теорией и кучей новых вопросов на руках. Однако зачастую именно эти вопросы ведут к прогрессу. Русский писатель-фантаст и биохимик Айзек Азимов однажды сказал: «В науке самым распространенным словом является не “эврика!” а “странно…”».

Хороший пример такой странности продемонстрировал нам в 1928 году бактериолог Александр Флеминг. Изучая болезнетворные стафилококки, он в один прекрасный день сделал их очередной посев в чашках Петри. Возможно, в тот день Флеминг был более рассеян, чем обычно, потому что ему предстояло несколько дней отдыха. В такой ситуации каждый может допустить ошибку. Расставив чашки на столе, он отправился в короткий отпуск, а когда вновь вернулся в лабораторию, обнаружил в чашках не только бактерии, но и плесень. Видимо, первым делом Флеминг сказал: «Вот дерьмо!» – или что там говорят в таких случаях шотландцы. Скорее всего, во время проведения опыта он не соблюдал правила стерильности, поэтому в чашки проникли плесневые грибки.

Подобная ошибка может загубить весь эксперимент. Флемингу следовало бы выбросить все образцы и забыть о неудаче, но он поступил по-другому: еще раз внимательно рассмотрел результаты, наморщил лоб и пробормотал: «Странно…» Бактерии довольно равномерно распределились по питательной среде, но вокруг плесени их не было. Выходит, плесень мешает размножению бактерий?

Флеминг исследовал эту проблему и обнаружил, что плесневые грибки вида Penicillium выделяют вещество, убивающее определенные виды бактерий, но безвредное для человеческих клеток. Он назвал это вещество пенициллином. Но путь от неудавшегося эксперимента до, пожалуй, самого знаменитого медикамента в истории оказался очень длинным, и Флемингу не удалось его пройти. Дело сдвинулось с мертвой точки лишь после того, как несколько американских ученых в поисках антибактериальных средств наткнулись на работы Флеминга. Первые испытания нового лекарства на людях были проведены только в 1941 году.

Результаты оказались потрясающими! Состояние здоровья пациентов улучшилось практически сразу же после введения пенициллина. Правда, в связи с трудностями производства лекарство было настолько дефицитным, что даже предпринимались попытки повторно добывать его из мочи пациентов. Чтобы наладить широкое применение пенициллина в лечении, надо было найти способы увеличения его производства. Наряду с попытками усовершенствовать производство велись и поиски нового штамма пенициллиновых грибков, который позволил бы увеличить выпуск.

С привлечением Военно-воздушных сил США по всему земному шару собирались образцы почвы, которые затем исследовались в научной лаборатории Иллинойса. Но находка была сделана буквально под носом. Сотрудница лаборатории Мэри Хант в поисках плесени регулярно обходила местные продуктовые лавки. В один прекрасный день 1943 года она с гордым видом притащила слегка подгнившую дыню. Проба была подвергнута исследованию, и оказалось, что этот штамм плесени – Penicillium chrysogenum – является ключом к масштабному производству пенициллина. Остатки легендарной дыни были съедены персоналом лаборатории. В 1944 году Александру Флемингу за ошибку, вызванную небрежностью в работе, был пожалован дворянский титул. Спустя год он получил Нобелевскую премию.

Но ошибки допускают не только биологи. Наш наследственный материал тоже постоянно борется с их последствиями. По сегодняшним оценкам, в каждой человеческой клетке каждый день происходит 10 тысяч событий, способных повредить ДНК. Некоторые ученые доводят эту цифру до 50 тысяч. Это чрезвычайно много. Такое развитие событий очень быстро свело бы нас в гроб, если бы клетки не занимались постоянно ремонтом механизма наследственности. Это поистине сизифов труд, постоянная борьба. Наш геном использует более 160 различных генов для противодействия внешним влияниям (например, ультрафиолетовому и рентгеновскому излучению и вредным химическим веществам). Но самая большая опасность исходит от фактора, возникшего на ранней фазе зарождения жизни. Пожалуй, величайшим убийцей в истории планеты следует считать… сине-зеленые водоросли.

Согласен, в наши дни это выглядит как некое преувеличение, но в свое время сине-зеленые водоросли натворили немало дел. По-видимому, это выглядело следующим образом: примерно два с половиной миллиарда лет назад наша планета была уже в достаточной степени заселена, правда только одноклеточными организмами. И вот однажды у одного из видов бактерий (предшественника сегодняшних сине-зеленых водорослей), плавающего в океане, развилась способность эффективно добывать огромное количество энергии из солнечного света. Единственной загвоздкой во всей этой истории было то, что в качестве отходов выделялся свободный кислород, который в такой форме в атмосфере тогда практически отсутствовал. Поначалу это не представляло особой проблемы, поскольку он быстро вступал в реакцию с ионами железа и органическими соединениями, содержавшимися в окружающей среде. В связи с этим свободный кислород исчезал так же быстро, как и появлялся.

В течение первой пары миллионов лет все шло замечательно, и производители кислорода просто процветали благодаря своему прогрессивному способу получения энергии. Но подобное загрязнение окружающей среды должно было когда-нибудь сказаться, и однажды условия резко изменились. Почему? На этот счет существует несколько теорий, но, скорее всего, были исчерпаны запасы веществ, вступавших в реакцию с кислородом. Как бы то ни было, он начал накапливаться сначала в воде, а потом и в атмосфере. Сегодня это считается положительным фактором, но для тех времен подобное явление означало катастрофу. Ведь, попадая в живую клетку, этот газ образует в ней агрессивные соединения (например, перекись водорода, применяемую для обесцвечивания волос), которые начинают реагировать со всем, что только попадается на пути. При этом разрушаются мембраны клеток, ферменты и ДНК.

Ситуация осложнялась еще и тем, что кислород был не просто ядом. Ко всему прочему он изменил состав атмосферы, на 300 миллионов лет ввергнув мир в ледниковый период. Разразилась «великая кислородная катастрофа». Считается, что в то время погибла большая часть всех живых организмов. Пожалуй, это было величайшее массовое вымирание в истории планеты. Если бы этот эпизод вошел в кинофильм, мы увидели бы, как последние задыхающиеся микробы толпятся в нише скалы и в отчаянии смотрят на завывающую снежную бурю. После этого очертания пейзажа расплываются… затемнение на экране. Конец фильма.

Но на самом деле все было несколько иначе. Мы до сих пор живы, а это значит, что микробы все-таки сумели справиться с бедой. Но как? Выжили не только те, кто прятался в местах, недоступных для кислорода, но и те, кто научился переносить этот новый яд и даже извлекать из него пользу.

Так, например, кислород позволяет очень эффективно добывать энергию из пищи. Если дрожжи растут без доступа кислорода, то выход энергии просто ничтожен и в ходе процесса брожения виноградный сахар превращается в алкоголь и углекислый газ. Если же в реакции участвует кислород, то дрожжевые грибки получают в пятнадцать раз больше энергии. На выходе остаются только углекислый газ и вода, как будто сахар полностью сгорел в огне. Сегодня клетки всех высших живых организмов вынуждены иметь дело с кислородом. В них, как и прежде, в качестве побочного продукта обмена веществ образуются агрессивные соединения. Особой производительностью отличаются митохондрии – сложные структуры, разлагающие питательные вещества с помощью кислорода и при этом добывающие большое количество энергии. Митохондрии обычно называют «электростанциями» клеток. Но им больше подошло бы название «атомных электростанций», поскольку они имеют дело с очень опасным веществом (кислородом) и оставляют огромное количество вредного мусора.

Чтобы выжить, клеткам пришлось найти способы, позволяющие защититься от негативных воздействий. В нашем организме есть ряд ферментов, задача которых заключается в нейтрализации агрессивных соединений. Насколько это важно для выживания, можно понять хотя бы по тому, что в данную группу входит, пожалуй, самый эффективный из всех известных ферментов – каталаза, – которая «обезвреживает» пять миллионов молекул перекиси водорода в секунду, разлагая их на воду и кислород. Но стопроцентной защиты не бывает, поэтому порой агрессивные соединения все-таки повреждают ДНК в клетках.

Как это может происходить? В данной связи ученые охотно цитируют один из законов Мерфи: «Если что-то может пойти не так, то это обязательно случится». Иными словами, любое негативное воздействие на наследственный материал, которое вы только можете себе представить, может быть оказано в действительности. Но давайте рассмотрим ежедневную деятельность по ремонту ДНК поближе, так сказать изнутри.

Осмотревшись в клеточном ядре, мы обнаружим большое количество белков, которые, подобно слизнякам, ползают по ДНК и методично проверяют каждую «ступеньку» на предмет повреждений. Наткнувшись на участок, подвергшийся химическим изменениям и не подлежащий считыванию, они вырезают его. Такие повреждения случаются постоянно, например, в результате взаимодействия с агрессивными соединениями кислорода, о которых мы уже рассказывали. Когда первая партия ремонтных белков, выполнив свою работу, продолжает двигаться дальше, в последовательности ДНК остается пустое место. Это опасно, но уже через короткое время сюда прибывают другие ремонтные белки и заделывают его.

Обычно все протекает гладко и без проблем. Но иногда случается так, что в ходе ремонта или копирования наследственного материала при делении клетки в структуру ДНК незаметно внедряется неправильный фрагмент, и между обеими нитями возникают разногласия, так как неизвестно, какая информация является истинной. Но и на этот случай в клетке предусмотрено решение. Ее ремонтные системы в состоянии определить, чем является спорный фрагмент – оригиналом или плохой копией. В соответствии с этим вносятся коррективы. Итак, пока все идет хорошо.

Углубимся дальше в ядро клетки и понаблюдаем за тем, как взаимодействуют белки, РНК и ДНК. Внезапно мы видим вспышку света. Очевидно, человек решил позагорать и ультрафиолет, входящий в состав солнечного света, попал на ДНК и намертво склеил два соседних основания Ц таким образом, что считать с них информацию уже невозможно. Но ремонтная бригада ДНК готова и к такому развитию событий. Поврежденное место быстро обнаруживается и вырезается, а недостающая последовательность оснований восстанавливается с помощью неповрежденной второй нити спирали. Клетка легко справляется с этим, если только не возникает необходимость одновременного ремонта сразу большого количества повреждений, как, например, при сильном солнечном ожоге. В этом случае клетки, на которые падает такая чрезмерная нагрузка, просто отмирают.

Для устранения повреждений, вызванных ультрафиолетовым облучением, существует еще одна, более практичная ремонтная система. Речь идет о так называемых ДНК-фотолиазах.

Они находят поврежденные места и обращают вспять реакции, приведшие к дефектам. При этом ничего не удаляется и не воссоздается заново. Особую элегантность данному процессу придает тот факт, что необходимая для ремонта энергия добывается непосредственно из солнечного света. Таким образом, мы имеем дело с энзимами, работающими на солнечной энергии. Они вступают в работу именно тогда, когда повреждения вызываются ультрафиолетовыми лучами. Плохо лишь одно: этот чрезвычайно практичный механизм отсутствует у людей и вообще у млекопитающих, хотя наши далекие предки им обладали. Почему мы его лишились, не совсем понятно, но одно из возможных объяснений заключается в том, что во всем виноваты динозавры! Первые млекопитающие обычно выполняли роль закуски для динозавров, поэтому отваживались покидать свои норы и укрытия только по ночам. Жизнь в темноте оставила свои следы, и до сих пор глаза у млекопитающих приспособлены к яркому свету хуже, чем у птиц и рептилий. Зато, как правило, лучше развиты слух, обоняние и осязание. Как видно, эффективная ремонтная система, работавшая на солнечной энергии, была абсолютно бесполезна для существ, ведущих ночной образ жизни, поэтому они навсегда лишились ее.

Наряду с ультрафиолетовым облучением нашим клеткам приходится бороться и с другими лучами, обладающими куда более высокой энергией. Настолько высокой, что они способны выбивать электроны из атомов и за счет этого создавать заряженные и очень агрессивные частицы – ионы. Эти лучи приходят к нам из глубин космоса или возникают в результате распада радиоактивных элементов в непосредственной близости от нас (или даже внутри тела).

Желающие могут увидеть следы такого излучения в так называемой камере Вильсона (инструкцию по ее конструированию вы найдете в интернете). Камера заполняется влажным переохлажденным воздухом, в котором заряженные частицы высоких энергий оставляют хорошо заметные следы конденсата. Это зрелище очень впечатляет, но вместе с тем и пугает. Однако не стоит слишком сильно переживать: даже если вы постоянно подвергаетесь бомбардировке такими лучами, ваши клетки к этому готовы.

Когда заряженная частица попадает в клетку, она оставляет след, в котором возникают высокоактивные соединения, способные повредить ДНК и другие клеточные структуры. При точном попадании в ДНК излучение может даже разделить обе нити и двойная спираль распадется. Все повреждения, о которых мы говорили до этого, затрагивали только одну нить генетической лестницы и могли приводить лишь к незначительным изменениям в отдельных генах. Но повреждение двух нитей сразу – это полная катастрофа. Хромосома распадается на две части, и отделившийся кусок может запросто потеряться, прихватив с собой сотни генов. Скорее всего, это означает смерть клетки. Но пока дело до этого не дошло, ремонтные бригады все равно включаются в работу, стараясь любой ценой устранить повреждения.

В самом удачном случае, когда поблизости находится вторая целая хромосома (а в человеческой клетке содержится два набора по 23 хромосомы в каждом), она может послужить образцом для ремонта поврежденного участка. Но, если такой образец вблизи отсутствует, клетка начинает импровизировать. Поврежденные концы, которые невозможно соединить друг с другом, удаляются. При этом, естественно, теряется часть информации. Кроме того, соединенные «зачищенные» концы, возможно, не имеют никакого отношения друг к другу, так как принадлежат разным фрагментам. Установить это невозможно. Ремонт получается грубым и неточным, но для клетки это единственное спасение.

Ремонтные механизмы клеток день за днем совершают невероятную работу и, несмотря на все трудности, умудряются сохранять наш наследственный материал в целости. Однако время от времени в нем все же происходят изменения – как незначительные, так и довольно серьезные (это может наблюдаться, в частности, при копировании). Виды мутаций разнообразные. Они могут заключаться в том, что отдельные фрагменты ДНК меняются местами, теряются или добавляются со стороны. В некоторых случаях довольно крупные участки ДНК переселяются с одной хромосомы на другую.

Но не все ошибки смертельны. Наша наследственность отличается поразительной устойчивостью. Если, к примеру, один фрагмент ДНК меняется местами с другим, то последствия могут оказаться самыми разными. Во-первых, ошибка необязательно происходит в гене или другом важном фрагменте наследственного материала, но даже если и так, то генетический код в значительной степени способен компенсировать ее (вспомните: для многих аминокислот существует более одного кодона, таким образом, если, к примеру, ЦЦЦ превратится в ЦЦА, все равно будет синтезироваться пролин). Но, если даже изменится тип белка, все еще может закончиться благополучно, поскольку не все его части имеют одинаковую значимость и измененный белок зачастую функционирует так же (или почти так же), как оригинал. В конце концов, если в «Ламборгини» установить зеркало заднего вида от «Лады», оно тоже будет выполнять свое предназначение. Даже если дело зайдет настолько далеко, что вследствие мутации будет заменен и двигатель (что, конечно, существенно снизит мощность), то в клетке имеется второй набор хромосом, в котором, возможно, хранится целая копия гена. Если какой-то ген поврежден или уничтожен, то второй копии зачастую достаточно, чтобы избежать больших проблем. (Исключением является ситуация, когда речь идет о мужчине и мутация происходит в X– или Y-хромосоме, потому что они имеются у него в единственном экземпляре. Если здесь что-то пошло не так, исправить положение вряд ли удастся. Поэтому некоторые наследственные заболевания встречаются у мужчин заметно чаще, чем у женщин.) Таким образом, количество мутаций, ведущих к серьезным последствиям, в том числе смерти, относительно невелико.