Мне хотелось узнать, возможно ли, что делением клеток у человека также управляет некая человеческая версия этого же гена cdc2? Это казалось крайне маловероятным, учитывая громадное различие между дрожжами и людьми, а в последний раз общий предок тех и других жил примерно 1,2–1,5 миллиарда лет тому назад (то есть 1200–1500 миллионов лет). Чтобы лучше представить это необъятно долгое время, скажем для сравнения, что динозавры вымерли «всего лишь» 65 миллионов лет назад, а первые простейшие животные появились примерно за 500–600 миллионов лет до нашего времени. Говоря начистоту, было, мягко говоря, нелепо предполагать, что у столь дальних родственников могли иметься клетки с одним и тем же контролируемым процессом репродукции. Тем не менее это следовало выяснить.
Подход Мелани Ли, сотрудницы моей лаборатории, к этому трудному вопросу состоял в том, что она предприняла попытку обнаружить человеческий ген, действовавший аналогично гену cdc2 в делящихся дрожжах. Для этой цели Мелани взяла клетки делящихся дрожжей с дефектом cdc2, из-за чего они не могли делиться, и «обрызгала» их генной «библиотекой» из многих тысяч частей человеческой ДНК, содержащих по одному человеческому гену. Условия эксперимента Мелани гарантировали, что мутантная дрожжевая клетка забирает один или два гена. Если бы случилось так, что один из этих генов был человеческим эквивалентом гена cdc2, и если бы он функционировал одинаково в человеческой и дрожжевой клетке, и если бы человеческий ген cdc2 смог проникнуть в дрожжевые клетки, то тогда мутантные клетки cdc2 могли бы заново восстановить способность к делению. Если бы все так и пошло, они должны были бы образовать колонии, которые Мелани увидит в чашке Петри. Вы, вероятно, заметили, что в этом плане было несколько «если». Думали ли мы, что эксперимент удастся? Скорее всего, нет, но попытка не пытка.
И… невероятно, но это сработало! Колонии росли в чашке Петри, и нам удалось выделить участок человеческой ДНК, успешно заместившей ген cdc2, жизненно необходимый для деления дрожжевых клеток. Мы секвенировали данный неизвестный ген и увидели, что последовательность производимого белка очень похожа на дрожжевой cdc2-белок. Мы явно наблюдали два варианта одного гена с высокой степенью релевантности. Они были столь сходны, что человеческий ген мог контролировать клеточный цикл дрожжей.
Этот нежданный результат натолкнул нас на далеко идущие выводы. Учитывая, что делящиеся дрожжи и люди столь далеко разнесены в эволюции, имелась высокая вероятность, что у клеток каждого животного, гриба и растения на планете цикл контролируется одинаково. Почти наверняка все обусловлено действием некоего гена, очень сходного с геном cdc2 дрожжей. И, что существеннее, даже если эти разные организмы за миллиарды лет эволюционного времени постепенно развивались в бесчисленно многообразные формы и стили жизни, центр управления этим процессом, лежащим в основе всего, почти не изменился. Cdc2 – эволюционное нововведение, которое сохранилось на протяжении более миллиарда лет.
Все это укрепило мое убеждение, что знания о том, как клетки человека контролируют свой процесс деления, крайне важные для понимания того, как изменяются наши тела, пока мы растем, развиваемся, страдаем от болезней и деградируем в течение нашей жизни, могут быть получены благодаря исследованиям, проводимым на широком спектре живых организмов, включая простые дрожжи.
Естественный отбор происходит не только в ходе эволюции, но и на уровне клеток в нашем теле. Рак возникает при повреждении или перегруппировке генов, имеющих важное значение для роста и деления клеток, вследствие чего клетки начинают бесконтрольно делиться. Подобно эволюции в популяции организмов, такие предраковые или раковые клетки могут, если им удалось ускользнуть от защитных функций тела, постепенно завладеть популяцией неизменившихся клеток, которые составляют ткань. По мере роста популяции поврежденных клеток увеличивается вероятность дальнейших генетических изменений в этих клетках, что приводит к накапливанию генетических дефектов и образованию все более агрессивных раковых клеток.
Эта система содержит три особенности, требующиеся для эволюции путем естественного отбора: репродуктивность, систему наследования и способность к изменчивости. Парадоксально, что те же самые обстоятельства, позволившие жизни человека эволюционировать, в первую очередь ответственны и за самые пагубные для человека заболевания. В более практическом смысле из этого следует, что популяционные и эволюционные биологи должны быть способны внести существенный вклад в наше понимание рака.
Эволюция путем естественного отбора может быть причиной большой сложности и явной целенаправленности живых существ. Это происходит безо всякого управляющего разума, заданной конечной цели или высшей движущей силы. Эволюция полностью обходится без аргументов, апеллирующих к божественному Создателю, вроде умозаключений Пейли с его воображаемыми карманными часами – и многих прочих до и после него. Лично меня эволюция погружает в состояние бесконечного изумления.
Все новые знания об эволюции также достаточно драматично изменили ход моей жизни. Бабушка моя была баптисткой, поэтому каждое воскресенье мы всегда ходили в местную баптистскую церковь. Я хорошо знал Библию (и знаю по сей день) и даже задумывался о том, чтобы стать священником, а возможно, и миссионером! Позже, примерно тогда же, как я увидел бабочку-лимонницу в своем саду, в школе нам рассказывали об эволюции путем естественного отбора. Научное объяснение огромного разнообразия жизни явно входило в прямое противоречие с библейской историей. Чтобы с этим разобраться, я отправился к нашему баптистскому священнику. Я высказал ему предположение, что, когда Бог говорит о сотворении в Книге Бытия, он объясняет произошедшее в словах, понятных для необразованного сельского населения две или три тысячи лет тому назад. Я сказал, что нам скорее следует подходить к этому как к мифу, но в действительности Бог предусмотрел еще более удивительный механизм творения, изобретя эволюцию путем естественного отбора.
К сожалению, священник смотрел на это совершенно иначе. Он сказал мне, что я должен верить слову и букве Книги Бытия и что он будет за меня молиться.
Так начался мой постепенный отход от религиозности к атеизму или, говоря точнее, к скептическому агностицизму. Я увидел, что в разных религиях могут быть самые разные верования и эти убеждения могут расходиться. Наука дала мне дорогу к более рациональному пониманию мира. И кроме того, большую уверенность, даже устойчивость и лучший путь к поиску истины – конечной цели науки.
Эволюция путем естественного отбора описывает, как различные формы жизни могут возникать и достигать цели. Она приводится в действие случайностью и руководствуется потребностью в создании все более эффективных жизненных форм. Но она не слишком раскрывает суть того, как в реальности действуют живые организмы. Для этого нам надо перейти к двум следующим концепциям, первая из которых представляет жизнь как химию.
4Жизнь как химияПорядок из хаоса
Большинство людей, по-видимому, могли бы посмотреть на мир вокруг и поделить его на две части: живые и явно неживые объекты. Живые выделяются тем, что они действуют; их поведение имеет цель, они реагируют на окружение и воспроизводятся. Ни одна из этих характеристик неприложима к неживым объектам, к примеру булыжнику, горе или песчаному пляжу. Разумеется, если отступить во времени на пару столетий до выработки идей, описываемых в этой книге, мы вполне могли бы заключить, что земная жизнь управляется таинственными силами, присущими только живым существам.
Данный тип мышления называется «витализм» и восходит к античным мыслителям Аристотелю и Галену и, может, еще дальше во времени. Даже для самых рациональных и научно настроенных из нас бывает нелегко отказаться от такого типа мышления. Если на ваших глазах кто-то умирал, вам могло казаться, что внезапно гаснет некая загадочная искорка жизни.
Виталистические объяснения подкупают тем, что, казалось бы, предоставляют удобную отгадку тому, что наш разум пытается постичь. Но, по правде говоря, тут нет необходимости прибегать к магии любого рода. Большинство аспектов можно достаточно хорошо понять с точки зрения физики и химии, пусть даже невиданной ранее химии, высокоупорядоченной и организованной, уровень сложности которой несопоставим ни с одним процессом с участием неживой материи. Лично меня такое объяснение повергает в куда больший трепет, чем любая вера в управляющие жизнью таинственные силы, лежащие за пределами тщательного научного исследования.
Как ни странно, идея, что жизнь есть химия, имеет свои истоки в исследованиях ферментации, процесса, в котором простые дрожжи вырабатывают спирт при производстве пива и вина. Люди этим интересовались испокон веков.
На самом деле на мою жизнь ферментация немало повлияла, и не только потому, что я неравнодушен к пиву; посидеть одному ранним вечерком в размышлениях в пустом пабе – самое то. Когда в семнадцать лет я закончил школу, то знал, что хочу изучать биологию, но не мог рассчитывать попасть в университет. В те времена наличие свидетельства о базовом знании иностранного языка, получаемое на экзамене, известном как О-уровень, было обязательным требованием для поступающих в вуз, я же умудрился завалить экзамен по французскому шесть раз, – пожалуй, это мировой рекорд по О-уровню! Поэтому в университет я не поступал, а пошел работать лаборантом в микробиологическую лабораторию при пивоваренном заводе.
В мои повседневные обязанности входило приготовление отваров с питательными веществами, нужных ученым для выращивания микробов. Я вскоре понял, что порядок изо дня в день почти не менялся, поэтому мог заранее в понедельник приготовить большую порцию, которой хватило бы на неделю. Я сходил к моему боссу Вику Ниветту (который, между про