Согласно современным представлениям, у Вселенной возможен один из двух финалов. Первый (наиболее вероятный) – так называемая тепловая смерть, которая наступит в результате бесконечного расширения. Это ситуация, когда планеты, затем клетки, далее атомы и, наконец, старые-престарые протоны (которым будет примерно по 1035 лет) разлетятся на такие расстояния, что не смогут взаимодействовать друг с другом. Другой потенциальный сценарий гибели Вселенной – «большое сжатие». В этом случае расширение Вселенной в какой-то момент прекращается – и она начинает схлопываться. Темная и видимая материя и энергия Вселенной приобретают плотность, достаточную для непрерывного сжатия и, возможно, нового Большого взрыва (подробнее об этом мы поговорим в последней главе).
Если отвлечься от технологических вызовов, возникающих при попытке выкрутиться из двух этих сценариев (в настоящее время такие проблемы нерешаемы), то остается еще этический вопрос. Должны ли мы ради сохранения жизни перестраивать Вселенную на уровне атомов и физических свойств? Что, если Вселенная уже пережила одно или несколько больших сжатий? Может быть, очередной космический цикл такого рода и предшествовал нашему Большому взрыву, а жизнь снова возникнет в новой Вселенной. Более того, в ней жизнь может получиться лучше, и если мы этому помешаем, то испортим перспективы развития жизни. Как просчитать последствия наших решений в такой долгосрочной перспективе?
Здесь нам на помощь приходит деонтогенная этика. Известно, что люди по-прежнему являются единственным видом, осознающим перспективу своего вымирания, поэтому мы несем ответственность за сохранение собственного вида и других форм жизни. Хуже Вселенной с несовершенной жизнью может быть только безжизненная Вселенная, поскольку в последнем случае некому будет защищать и поддерживать саму Вселенную, а также жизнь в ней, и такой риск слишком велик, чтобы его принять. Да, здесь есть доля высокомерия, но его масштаб не отменяет необходимости решать задачу. Если мы намереваемся сохранить такую жизнь, которая в силах уберечь остальную Вселенную, и если такой акт не вредит тому, что мы пытаемся защитить, то в конечном счете с моральной точки зрения правильнее всего пойти на сохранение этой жизни.
Более того, вполне вероятно, что конец жизни не неизбежен. Через столь значительный промежуток времени человечество (или вид, который от нас произойдет, или робобратия) будет значительно отличаться от нас нынешних и, возможно, окажется значительно совершеннее в технологическом отношении. Возможно даже, что к тому моменту (через миллиарды или триллионы лет) мы научимся совладать с темной материей и пространством–временем, измерять темную материю. Также мы можем найти средства, которые позволят изменить фундаментальную структуру самой Вселенной. В новой эре, которая наступит через триллионы лет, мы можем освоить и свертку пространства–времени для путешествий на огромные расстояния, и научиться манипулировать материей в масштабах звезд, галактик или даже межгалактических пространств.
Возможно, мы окажемся перед выбором: позволить Вселенной умереть (и надеяться, что когда-нибудь жизнь зародится снова) или деятельно воспрепятствовать ее гибели и перестроить материю так, чтобы сохранить жизнь. С точки зрения молекулярной и деонтогенной этики выбор очевиден. Если мы хотим сберечь жизнь, то для этого необходимо перестроить Вселенную. Наш долг – ее доработать.
Этот долг – совершенствовать и защищать жизнь – начинает восприниматься как абсолютный, стоит его лишь осознать. Другие обязательства, например перед детьми, родиной, семьей или конфессией, можно и отложить, поменять местами или даже отбросить. Но долг перед Вселенной и всей жизнью – это категория, которая всегда останется актуальной как для нас, так и для всех других биологических или небиологических существ (которые могут состоять из любой материи), осознающих такую ответственность. Именно этот долг впервые в истории заставляет нас как обитателей Вселенной заботиться о сохранении, защите и процветании жизни.
3Этап 1:ландшафт функциональной геномики(2010–2020)
Какова философия гена? Весома ли она? Сколько было случаев, когда философию просто принимали, даже не задумываясь о ее истоках. При попытке разобраться, какая логика лежит в обосновании современных представлений о генах (разделяемых большинством генетиков), как раз предоставляется возможность проверить эту философию на прочность.
цитогенетик, лауреат Нобелевской премии
Есть два пути выхода жизни за пределы Земли, где нет привычной защиты в виде стабильного тяготения, магнитосферы, атмосферы и давления. Примерно в такую ситуацию попадает птица, впервые покидающая гнездо. Один путь – просто позволить эволюции идти своим чередом, чтобы естественный отбор постепенно оставил признаки, необходимые для выживания на новых планетах. В принципе этот подход можно охарактеризовать как «авось выплывет» – только рядом не будет спасателя, а к ногам будут привязаны кирпичи. Действительно, отбор такого типа будет постепенно работать, но на него потребуется очень много времени. Не исключено даже, что он окажется слишком медленным, и просто никто не выживет. На наиболее суровых планетах земные организмы могут вымереть еще до того, как успеют оставить потомство.
Второй путь, позволяющий приспособить земную жизнь к обитанию на других планетах, – заблаговременно вносить генетические изменения, так, чтобы мигрирующая жизнь сразу была в состоянии закрепиться на новом месте. Да, это сложнее, но в то же время гуманнее. Однако для этого необходимо лучше понимать «функциональные» элементы всех геномов метавида, чтобы лучше модифицировать и защищать их. Для воплощения подобных планов сначала нужно составить подробную карту функциональных элементов человеческого генома, нашего метагенома, а также генома других видов, которые с нами связаны (холобионта или метавида). Иными словами, нам необходим исчерпывающий список того, что нужно защитить, что можно редактировать и какие биологические возможности в принципе реализуемы, если брать за основу современный каталог земной биосферы. Прежде чем мы сможем создавать геномы с нуля (об этом поговорим позже), необходимо определить, что вообще можно выстроить таким образом.
Хотя в настоящий момент именно геном человека является наиболее изученным, нам еще далеко до полного раскрытия всех его тайн. Сколько у нас всего генов? Что они делают? Как они регулируются? Есть ли в геноме такие области, на которые нужно повесить ярлык «не трогать», наряду с теми, что лучше поддаются модификации, изменению или манипуляциям? А как насчет геномов других биологических видов?
Ответы на эти вопросы принципиально важны, чтобы делать дальнейшие шаги в биоинженерии. Кроме того, нам необходимо лучше понимать, как жизнь реагирует на космические перелеты, адаптировав к астронавтам и представителям других биологических видов те методы, что были выработаны в рамках проведенного NASA эксперимента Twin Study (см. главу 1). На момент публикации оригинала этой книги в космосе побывали всего 570 человек (считаем, что космос начинается в 100 км над поверхностью Земли, там, где атмосфера становится разреженной настолько, что небо кажется черным). С развитием космического туризма (такими проектами занимаются SpaceX, Blue Origin и другие компании) и появлением новых национальных космических агентств (например, в Израиле и Индии) объем получаемых данных будет расти по экспоненте. В то же время будет наращиваться работа с модельными организмами (растениями и животными, как, например, в лаборатории NASA GeneLab). На Луне уже даже успели вырастить побег хлопка в рамках китайской миссии «Чанъэ-4». Заказать лунные носки, сотканные из такого хлопка, пока нельзя, но это только вопрос времени.
Хотя от этого захватывает дух, по-прежнему остается вопрос: что же нам модифицировать? Во-первых, нужно определить субстраты и подбить базовые знания, чтобы понять, что может сработать. Чтобы получить общую картину, необходимо выстроить контекст: от генома к генам, клеткам, тканям, а затем до целого тела и экосистемы. Стоит замесить молекулярный раствор и подобрать генетические кирпичики, и мы сможем создавать крупномасштабные творения, в том числе такие, которые доберутся до звезд.
Геномы
Базовыми блоками генома (иными словами, генетического кода, или ДНК) являются гены. Они состоят из четырех нуклеотидов (А, Ц, Г, Т), которые можно «транскрибировать» (этот процесс аналогичен «чтению вслух») в алфавите РНК (А, Ц, Г, У). Каждый нуклеотид обычно обозначается одной буквой алфавита. Молекула ДНК передается из поколения в поколение и является основным носителем наследственной информации. Становясь активной, ДНК транскрибируется в РНК, играющую роль «матричной» молекулы, которая передает информацию о функциях ДНК. РНК можно сравнить с чертежом, который необходимо «транслировать» (или претворить сказанное в действие), и тогда на основе этого чертежа создаются белки (кодирующая, или матричная, РНК). В то же время другие РНК сами по себе являются активными молекулами (некодирующая РНК) и могут регулировать другие процессы в клетке.
Синтезируемые белки и некодирующая РНК создают основу для роста клеток, их адаптации и передачи сигналов другим частям тела. Они образуют активный компонент генетического кода, отвечающий за рост ногтей, замену вышедших из строя кровяных клеток, переваривание пищи, выброс гормонов удовольствия при оргазме, регулирование сна, а также помогают организму не просто выживать, но и процветать. Совокупность всего генетического кода отдельного организма называется «генóм». Совокупность, охватывающую несколько организмов и позволяющую рассматривать их как единое целое, называют «метагенóм».
Хотя геном человека может показаться большим – примерно 3,1 гигабаз (3,1 млрд пар нуклеотидов), есть и более крупные геномы. У большинства растений геномы гораздо больше (10–30 гигабаз), а самый большой известный геном у эвглены – 120 гигабаз. Возможно, самый поразительный аспект человеческого генома заключается не в его размере, а в объеме ДНК, кодирующей белки, относительно некодирующих областей генома (ДНК, кодирующая нематричную РНК, или некодирующие участки ДНК, расположенных между генами). Многие некодирующие РНК определяют очень специфические типы клеток, как показано в работах Ари Мельника, Манолиса Келлиса, Марка Герштейна, Джона Мэттика, Кристины Лесли и консорциума ENCODE (The Encyclopedia of DNA Elements, «Энциклопедия элементов ДНК»). Действительно, именно в этом аспекте человеческого генома могут быть представлены его наиболее уникальные черты, отличающие нас от других видов. Всего 2 % человеческого генома кодируют белки. А вот у бактерий за производство белков отвечает 99 % генома, у дрожжей – 80 %, а у большинства других организмов – порядка 20–30 %. Но… почему? Сколько всего генов и как предсказать, что именно они делают?