Неотрицаемое. Наш мир и теория эволюции

Наши предки не боялись высоты, не боялись съесть что-то ядовитое, не боялись ядовитых змей и пауков, не боялись утонуть – но теперь все они мертвы. У них не было инстинкта оберегать себя от смерти. Это заложено глубоко внутри нас, и хорошо бы, чтобы у нас это было. Я много думал о страхе смерти после дебатов с креационистом Кеном Хэмом. Все-таки должны быть глубинные причины того, почему умные, здравомыслящие люди неожиданно отвергают все объективные доказательства, когда разговор заходит об эволюции. Я думаю, что у этих причин много общего со страхом смерти.

Вы наверняка слышали о так называемой премии Дарвина – ежегодно присуждаемой за самую глупую смерть. В основном она достается людям, которые вели себя чрезвычайно глупо и опасно. Многие истории кажутся сомнительными, но отлично подходят для развлекательного чтения. Например, парень нашел старый заряд динамита, закопал его, а затем хорошенько попрыгал сверху, чтобы убедиться, что почва хорошо утрамбовалась. Ну конечно, во время такой утрамбовки динамит взрывается, человек просто исчезает, не оставляя практически ничего для проведения полицейского расследования. Или как вам история о парне, который привязал ракету с реактивным ускорителем к крыше своего автомобиля и поджег ее? Вся эта конструкция оторвалась от земли и на полной скорости влетела в высокий склон, расплющив машину и экспериментатора. Каждому из этих деятелей присуждалась премия Дарвина, правда, посмертно. Мораль тут в том, что у них не было достаточного страха смерти, и это их и убило.

В этом скрыто и научное послание. Эволюция влияет не только на наши физические особенности, такие как рост, количество суставов, цвет глаз и форма мочки уха; она также воздействует на эмоции. То, что мы чувствуем, – это результат эволюции. И без сомнения, это касается и страха смерти. То же справедливо и в отношении нашей тяги к размножению. Когда мы думаем о размножении, на самом деле мы думаем о том, что может привести к процессу, который в результате приведет к размножению, то есть к детям. И так – в течение всего дня, а для большинства из нас – постоянно. Здесь я призываю вас вставить свою шутку о сексе и обратить внимание на то, как легко она пришла вам на ум. Секс всегда где-то рядом, подспудно, постоянно!

Если наши гены заставляют нас продолжать жить и размножаться и мы бессознательно идем на поводу этого импульса днем и ночью, то как это происходит у остальных созданий – в мире природы? Мне нравится сравнивать нас или, по крайней мере себя, с собаками. Я наблюдал за ними. У них есть мечты. У них есть страхи. Они, несомненно, могут быть обаятельными, и у них вполне могут быть проблемы с общением – все, как и у людей. Но я не замечал, чтобы мои лохматые друзья настолько же интересовались природой нашего существования, насколько это делаю я или мои коллеги и друзья. Я видел очень напуганных собак – злым хозяином или другой более крупной собакой. Но я не думаю, что когда-либо встречал собаку, охваченную приступом неуверенности в себе, который, кстати, нередко овладевает мной. Я придерживаюсь широких взглядов, но не думаю, что собаки, даже те, с которыми я долго обсуждал эти вещи, задумываются о происхождении Вселенной и фундаментальном значении жизни. По крайней мере, не так, как мы с вами.

По-видимому, обладание человеческим мозгом, который способен на все эти замечательные вещи как игра на скрипке, сложные математические вычисления или прыжки с шестом или через барьеры, влечет за собой появление способности к размышлению над самим существованием. Ни один другой организм на Земле не занимается этим. Да, да, я понимаю, что дельфины очень умные, но я не думаю, что они строят библиотеки или даже планируют что-то подобное. Обладая удивительной способностью к мышлению и рассуждениям, мы просто не можем поверить, что все это когда-нибудь кончится, что мы все умрем. Но насколько я могу судить, все, кто когда-либо жил, сейчас либо умер, либо скоро умрет. А как же дом, который вы построили? А как же поэма, которую вы написали? А как же ваши чувства, когда вы были влюблены? Эти вещи не будут существовать без вас; как правило, они тоже исчезают в одно мгновенье. Такова жалкая судьба нашего существования.

Если вы проживете 82 года и примерно семь недель (это зависит от високосных годов), то вы проведете на Земле 30 тысяч дней. И все! Ребенком я с трудом мог представить себе 30 тысяч чего бы то ни было. Это звучало просто как «много». Я лишь думал, сколько самолетиков из пробкового дерева и моделей ракет я мог бы запустить, имей я 30 тысяч долларов! Теперь, будучи взрослым, платя налоги и сочиняя книги, я едва ли считаю эту цифру чем-то огромным. Попытайтесь представить себе продолжительность человеческой жизни следующим образом. Стадион клуба «Даллаз Ковбойз» Национальной футбольной лиги вмещает 105 тысяч человек. Теперь представьте, что вы наблюдаете за жизнью, которая проходит на поле, и каждый день вы смотрите на нее с нового сиденья. Да вы и трети мест не обойдете. Прежде чем вы пересидите на трети всех сидений стадиона, вы умрете. При этом 82 года – это если у вас мотор в порядке. А если нет? Упс…

Неужели мы единственный организм на Земле, имеющий это чувство – чувство обреченности? Определенно, выглядит это именно так. Я провел немало времени на северо-западе Тихоокеанского побережья, наблюдая за лососевыми рыбами. Когда приходит время для подъема по реке и спаривания, они перестают есть. Они получают необходимую химическую энергию, расщепляя себя изнутри. Они в значительной степени объедают свой собственный кишечник, двигаясь вверх навстречу своей смерти. Знает ли лосось, что умрет, когда направляется ввысь, стремясь отложить свои яйца или оплодотворить чужие своей спермой? Или же он, как подросток, помешанный только на сексе, совершенно не способен думать, или вообще не думает и ничего больше не хочет, даже есть. Или, может, лосось осознает надвигающийся конец своей жизни и просто грустит? Что-то не похоже. Они плавают; они спариваются; они умирают. Не думаю, чтобы с ними происходило что-нибудь еще.

Судя по всему, наши близкие родственники, шимпанзе, несколько дней носят траур по умершему члену их группы. Это что они, ритуальные обряды так выполняют? Если так, то сомневаюсь, чтобы они принимали это всерьез настолько, насколько люди.

А люди?! Да мы с ума сходим. Мы придумываем невесть что, чтобы убедить себя, будто есть еще что-то помимо плавания, спаривания и умирания. Мы помещаем наши сочинения и размышления в библиотеки. Мы возводим статуи в честь людей, которыми восхищаемся, так что, по крайней мере, в каком-то смысле эти люди продолжают жить или память о них живет. Черт подери, мы называем в честь некоторых людей здания, автострады и горы. Мы храним письма умерших предков. Мы возводим громоздкие надгробия. Все эти вещи в некотором роде сохраняют жизнь или, по крайней мере, ее результаты.

Иногда кажется, что мы и в самом деле особенные – так почему же нас не может ожидать нечто особенное за стенами этого стадиона в Далласе? Но когда кто-то из нас умирает, тот факт, что наш разум – это нечто большее, чем результат работы сложнейшей системы химических структур и химических реакций, перестает быть очевидным. Я хорошо помню, как моя бабушка говорила со мной о полевых цветах. У нее была исключительная память, а после нее осталось множество великолепных картин с пасторальными сценками из Новой Англии и огромное количество иллюстраций с изображением цветов, переданных с натуралистической точностью. Она говорила со мной о пыльце, пестиках, тычинках и яйцах. Я помню несколько бесед о бейсболе. Она слушала трансляции матчей по радио, порой замечая мельчайшие детали. Она комментировала удар Дона Маттингли, хотя и не могла видеть его. Она просто думала о том, что она услышала, куда пошел мяч, и все такое. Однако ближе к концу своей жизни ее удивительный ум стал сдавать. Она постепенно становилась некомпетентной в вопросах бейсбола, полевых цветов, заточки своих художественных карандашей и почти всего остального.

Я довольно тесно работал с Брюсом Мюрреем, планетарным ученым в Jet Propulsion Lab[10] (и основателем Планетарного общества), который оказал огромное влияние на развитие космической программы Соединенных Штатов. Он настоял на том, чтобы ранние космические зонды были оснащены камерами, и в значительной степени именно ему мы обязаны первыми фотографиями планеты Марс. Ближе к концу своей жизни Брюс мог бы рассказать многое о тех временах расцвета космической эпохи, но он не мог вспомнить, ужинал он или нет, не говоря уже об обеде. Сердце разрывается от этого. В нашем Планетарном обществе мы высоко чтим его и называем нашу коллекцию фотографий и видео «Космический фотобанк Брюса Мюррея». Потеря Брюсом памяти свидетельствует о химической структуре наших созданных эволюцией «пригодных» мозгов. Несмотря на разнообразие человеческих представлений о загробной жизни, как-то не похоже на то, чтобы сознание всех этих выдающихся людей транспортировалось в некое замечательное место вечного покоя и расслабления. Наоборот, кажется, будто они растеряли свои способности, поскольку некоторые системы в их организмах перестали работать.

В этом тревожном конфликте между тем, как устроен мир, и тем, каким бы мы хотели его видеть, вините эволюцию. Страх смерти в сочетании с новыми способностями предвидеть будущее, позволил человеку вытеснить другие виды. Но в то же время такая комбинация не позволяет нам поверить в то, что ничего, кроме того, что мы видим вокруг нас, нет. Наш мозг стал слишком большим, чтобы думать о мире как-то иначе.

Я думаю, что вопрос о нашей «уникальности» – это, по сути, другая формулировка вопроса о том, какой смысл в нашем более крупном мозге. Добросовестные палеонтологи и археологи прочесывали холмы и долины в поисках более ранних версий нас с вами. Исследователи обнаружили десятки костей и черепов, которые когда-то принадлежали нашим далеким-предалеким родственникам. Изучая других человекоподобных существ, мы понимаем, что они были почти такими же, как мы. Исследуя наших недавних предков, таких как неандертальцев или кроманьонцев, или других человекоподобных существ, мы совершенно ясно видим одно: если этих товарищей одеть в современные шмотки, их едва ли можно будет узнать на оживленной улице. Кажется, будто они были почти такими, как мы. Их мозг был почти такой же, как наш. Они имели почти то же мировоззрение, что и мы, с теми же подозрениями или верованиями о жизни после смерти.

Похоже, нам достался наиболее универсальный мозг, который мог бросать, ловить и бить по мячу – и изобретать правила игры с мячами, лучше, чем они. Похоже, тот же мозг позволил нам задуматься о нашем месте в схеме вещей, и это привело нас к науке, а затем к открытию эволюции. Мы все – продукты эволюции, и, будучи таковыми, мы не сможем поверить в то, что все кончено, когда все будет кончено.

В этом великая ирония эволюции человеческого мозга: наша сила одновременно является и нашей слабостью. Наши полезные свойства – это наша ответственность. Спустя тысячелетия улучшений у нас есть возможность распознавать шаблоны лучше, чем любой другой организм. Конечно, когда приходит время, бабочка-монарх отправляется на юг. Когда дни становятся короче, лиственные деревья начинают сбрасывать листья. Они дадут новые листочки, как только их внутренние химические часы скажут о том, что для этого настало время. Но ни один другой организм не создает календарей с указанием високосных годов. Но ни один другой организм, управляемый химическими реакциями и физическими закономерностями, не запускает ракеты, которые выходят в открытый космос и возвращаются обратно. Хотя я вполне могу себе представить другое человекоподобное племя, которое могло делать практически те же вещи. Просто мы распознавали закономерности немного лучше, а потому и победили в битве за лучшие ресурсы и лучший кров. И вот теперь наш мозг сводит нас с ума.

Все это возвращает меня к Кену Хэму и его убеждениям, широко распространенным среди его последователей, согласно которым возраст Земли составляет всего шесть тысяч лет. Когда я спорил с господином Хэмом, я много говорил о геологических свидетельствах того, что Земля намного-намного старше. Но с точки зрения моего оппонента, дебаты не касались истинного возраста нашей планеты. Для него речь шла об эволюции. Для него речь шла об очевидно непримиримом несоответствии между тем, что наш мозг может наблюдать, накапливать и хранить, и открытием, согласно которому мы достигли этого возвышенного состояния с помощью того же процесса, что сделал клювы одних вьюрков короткими и острыми, а других – длинными и зауженными. Он просто не может в это поверить.

Я, конечно, переживаю из-за кратковременности нашей жизни, но относительно короткий срок жизни – это то, что уготовано каждому из нас. Принятие желаемого за действительное не может изменить факты, зато научное мышление может поместить их в более широкий контекст. Смертность человека может вас либо удручать и заставлять ныть о бренности существования, либо наполнять радостью.

По крайней мере, один, почти невероятный факт относительно того, как мы все здесь оказались, мы выяснили. Невероятно, но мы способны постичь и природу, и Вселенную. Мы, люди, существовали в нашем нынешнем виде в течение почти 100 тысяч лет, и при этом почти все, что мы на данный момент знаем об эволюции, открылось нам лишь в последние 150 лет! Вы только представьте, что еще может приключиться с нашим видом, если мы сохраним биоразнообразие планеты и повысим всеобщий уровень жизни. Нам предстоит сделать открытия, которые удивили бы и мою бабушку, и моего коллегу Брюса, и нас с вами.

23. Микро или макро – все это эволюция

Чтобы понять эволюцию, мы должны мыслить одновременно и широко, и узко. Масштабность мышления была постоянной темой эволюционных исследований, начиная с Дарвина и Уоллеса. Когда я работал инженером, у меня была специальная чертежная доска, на которой я делал проекты огромных авиалайнеров для одной компании и микроскопических инструментов для другой. Внизу, в правом нижнем углу практически всех инженерных чертежей есть графа, в которой я, как создатель, указывал масштаб изображения. В чертеже для компании «Боинг» я задал масштаб 100 сантиметров к одному или 1:100. Чертеж для компании «Sundstrand» был выполнен в масштабе 100:1, где в одном сантиметре был представлен 1 мм или 0,01 см. Меня по-прежнему поражает, что законы физики работают в любом масштабе. Гидроусилитель обладает достаточной мощью, чтобы переместить дом, и в то же время он подчиняется тем же законам природы, что и крошечная пружинка, которая позволяет вычислить силу притяжения на Луне.

Когда дело доходит до эволюции, то мы должны рассматривать и общую картину, и конкретные примеры. Природа воздействует на каждый организм, но последствия естественного отбора становятся очевидны в больших масштабах: в группах, популяциях, видах и целых экосистемах. Исследователи придумали термины микроэволюция и макроэволюция для описания различных путей, которыми может следовать эволюция, хотя оба подхода основаны на одних и тех же фундаментальных принципах, идущих от микро к макро. Сегодня креационисты, особенно в США, внушают людям, что те должны мыслить только в малых масштабах. Они принимают микро, но отвергают макро, потому что микро – это все, что их вера может принять. Это печально, и это не имеет отношения к науке. Мир природы – это комплекс услуг; вы не можете выбирать, какие факты вам нравятся, а какие нет. И в этом случае вы не можете понимать один вид эволюции без другого.

Изначально естественный отбор Дарвина касался изменений, происходящих с организмом в условиях окружающей среды. Для нас этот процесс запускается тогда, когда мы появляемся на свет. Для растений – в тот момент, когда семя попадает в почву. Для рыб – когда откладываются их икринки. Каждое новое поколение либо получает возможность использовать ресурсы своего мира, либо нет. Если повезет, то могут попасться обильные запасы ресурсов – химическая энергия для бактерий или уютные болота для лягушек. Вы рождаетесь с набором генов, скопированных у вашего предка или предков. Способность сохранять тепло или поддерживать низкую температуру тела, или переварить продовольственные ресурсы, окружающие вас, – все это силы отбора. Однако есть и другие способы, которыми происходят изменения из поколения в поколение.

Если вас убили или съели (вы не отобраны) до того, как вы успели размножиться (вы отобраны), то это тоже один из важнейших двигателей генетических изменений. Ваши гены также могут отличаться от генов ваших родителей вследствие случайных мутаций, которые возникают в результате несовершенного копирования, от одной цепочки ДНК к другой. На это, например, может повлиять космическое излучение, которое проникает в один из ваших генов и изменяет его. Гены в молекуле ДНК иногда перепрыгивают с одного места на другое. Такие гены называются «транспозонами». Или, например, к яйцеклетке или сперме ваших родителей (или к пыльце растений) могут примешаться частички какого-нибудь химического вещества. Также мутацию может вызывать излучение некоторых радиоактивных элементов, содержащихся в земной коре. Иногда в половые клетки организма попадают вирусы и также изменяют его гены. Вирусное вмешательство можно также использовать умышленно – например, регулировать гены кукурузы, чтобы они оставались устойчивыми к агрессивным химикатам, направленным на уничтожение сорняков.

С каждым новым изменением, появляющимся в последующем поколении, конфигурация вашей ДНК и генов может меняться для вас и для других представителей вашего рода. Это называется «генетический дрейф». Если гены немного перемещаются в тот же момент, когда происходят какие-то изменения в окружающей среде, дрейф генов может стать единственным фактором, позволившим им пройти дальше. Это пример микроэволюции – изменение в генетическом составе в пределах вида или популяции. Вы можете думать об этом просто как об эволюции, производящей незначительные изменения за короткое время.

Еще одним источником изменений является случайная вариация, которая усиливается в небольших популяциях. Представьте себе корзину с конфетами, собранными во время Хэллоуина, где половина конфет оранжевые, а другая половина – коричневые. Запустите руку в мешок и вытяните горсть конфет. В целом чем меньше вы захватите конфет, тем больше будет вероятность того, что в руке окажется неоднородный микс. Если вы возьмете пять конфет, среди них, возможно, будут три оранжевых и две коричневых. Это будет неравенство с 20 %-м перевесом в пользу оранжевых конфет. С другой стороны, если бы вы могли схватить 500 конфет, то любая неравномерность в смешении была бы сглажена. Соотношение оранжевых и коричневых было бы гораздо меньшим. У вас редко выпадала бы такая 20 %-я разница. В случае с генами, если в окружающей среде происходит что-то, что оставляет вас лишь с небольшой горсткой особей, эквивалентом горстки конфет, то с этого момента ваша неравномерная смесь получит преимущество. Это будет набор генов, которые смогут продолжать жить. Поскольку здесь мы рассматриваем только один вид, эволюционные ученые часто ссылаются на этот пример как на явление микроэволюции.

В этой связи предположим, что в популяции появляется благоприятная мутация, например, добавляется немного темного пигмента кожи, что обеспечивает лучшую защиту от ультрафиолетовых лучей Солнца (что продолжает происходить снова и снова). Люди с этой мутацией преуспевают и все больше размножаются в местах с повышенным ультрафиолетовым излучением. Этот благоприятный ген, обеспечивающий более темный тон кожи, будет преимущественно проявляться в их детях, внуках и правнуках. Поскольку это очень важно для человеческой культуры, я посвятил этому явлению целую главу под номером 32. Исследователи называют это «генетической миграцией». Гены мигрируют в популяции, проявляясь в последующих поколениях. Та к как мы говорим об одном гене в одном организме, то и этот пример исследователи также часто описывают как явление микроэволюции.

У нас же, напротив, происходит макроэволюция: сексуальная, художественная и естественный отбор с большой буквы. Вместо того чтобы рассматривать один ген в одном организме, мы исследуем радикальные изменения у видов, вызванные переменами в окружающей среде или массовыми вымираниями. Процессы микроэволюции и макроэволюции принципиально одинаковы, разница только в масштабе. Мы можем изучать отдельные гены, последовательность химических веществ, сопровождающих молекулу ДНК определенного организма. Или можем анализировать популяцию организмов или экосистему, населенную этими организмами. Они проходят дальше или отсеиваются по тому же принципу: если вы подходите, неважно, ген вы или целый тираннозавр, получите ваш пропуск. Если нет – до свидания.

Это деление на микро и макро имеет большое значение для эволюционных биологов. Где мне было сложно, как научному преподавателю, так это в обществе креационистов. На примере моего оппонента в дебатах Кена Хэма, особенно активного джентльмена, я понял, что креационисты будет хвататься за все что угодно, ища лазейку в эволюционной науке. Имейте в виду, поиск недостатков в научной теории – дело благородное. Это важная часть процесса, с помощью которого наука продвигается вперед. Но при этом необходимы честность и последовательность, а я не вижу ни того, ни другого в аргументах креационистов.

Креационисты скажут, что они принимают микроэволюцию – например, то, каким образом один штамм вируса может мутировать в другой, – мутация, для которой в библиотеке антител нашего организма не находится нужного экземпляра. Сложно отрицать это, поскольку такое происходит каждый год в сезон простуд. Но затем они берут и утверждают, что у нас нет ничего общего с другими существами здесь, на Земле, потому что высшая сила, должно быть, уделила особое время тому, чтобы сделать людей иными. Они используют термин микроэволюция для той части эволюции, которую они считают теологически приемлемой. Они используют слово макроэволюция для той части, которую они не любят, возможно, потому что она для них слишком тревожная. Для них макроэволюции не может существовать, потому что она не сочетается с их убежденностью в том, что они особенные, избранные и нуждаются в особом отношении.

Как вы, возможно, догадываетесь, креационисты пошли на все, чтобы примирить свои убеждения с тем миром, каким мы его видим. Они придумали термины и написали истории, пытаясь превратить невероятное в достоверное. Читая Библию по-английски, они придумали слово барамин – сложили его из двух слов на иврите – которое описывает семь тысяч видов растений и животных, четыре тысячи лет назад сошедших с лодки и с тех пор разросшихся (микроэволюция каким-то образом превратилась в макро…) до 16 млн видов. Они даже используют словосочетание «мутационный отбор» для описания процессов, которые мы все можем наблюдать в природе – например, видообразование комаров в лондонском метро. Но они не принимают более обширную картину существования нашего предка, общего с любым другим живым существом, и доказательств глубоких времен и истинного возраста Земли.

А теперь самое интересное: ни одна микроидея не имеет смысла вне макроконтекста, и наоборот. Микроэволюция – это только сырье, из которого прорастает макроэволюция. Это то, где научные понятия становятся заблуждениями, будучи вырванными из контекста. Суть в том, что природу не волнует, какие термины для нее вы используете.

Креационизм поражает меня, прежде всего, как удивительная трата времени и энергии. Хотел бы я уметь игнорировать его, чтобы сосредоточиться на реальной науке, но креационисты уж очень усердно трудятся над тем, чтобы помешать научному образованию и навязать свое странное мировоззрение нашим студентам. Так давайте извлечем выгоду из этой грустной ситуации и используем нападки креационистов как возможность для нашего обучения. Если вы услышите термины микроэволюция и макроэволюция, обратите внимание на того, кто их произносит. Подумайте о том, как работает эволюция в масштабах пространства и времени. Вирусы мутируют изо дня в день. Рыба превратилась в сухопутное животное и в конечном итоге, спустя сотни миллионов лет, породила динозавров и голубых китов. Это красивая, сложная история, проистекающая во всех измерениях.

Поэтому, пожалуйста: мыслите широко и мыслите критически.

24. Майкл Фарадей и радость открытия

Если вы верите результатам опросов общественного мнения, то знайте, что примерно половина жителей Америки не согласна с предположением, будто жизнь на Земле – включая людей – является продуктом миллиардов лет естественной эволюции. В то же время эти же самые люди, судя по всему, с удовольствием принимают все остальное, что дают нам научные открытия и разработки. Они не подвергают сомнению химические добавки в своей пище, электрические и физические процессы в своих смартфонах или релятивистские поправки (теория относительности Эйнштейна), обеспечивающие работу сигнала GPS. Вполне возможно, что, как я предположил ранее, страх отчасти удерживает множество людей от признания эволюции. Если так, то это возлагает особую ответственность на ученых и тех из нас, кто пишет о них. Если страх тянет людей в одну сторону, то мы наделены социальной ответственностью тянуть людей назад, в другую сторону, и предлагать им нечто не менее убедительное, нечто удивительное.

К сожалению, часто все происходит совсем по-другому. Я встречал множество людей, которые говорили мне, что их знакомство с наукой происходило в весьма безрадостной форме. Наука представлялась им целым рядом непонятных фактов с кучей непонятных уравнений, которые нужно было запоминать. Им навязывали некую общую идею о том, что в глазах ученого мир сложен и беспокоен. Ну и ну! У меня совершенно другой взгляд на мир. Позвольте мне рассказать вам историю, которая до сих пор меня сводит с ума.

Иногда меня спрашивают: если бы мне выпал шанс повстречаться с какой-нибудь известной личностью из прошлого, кого бы я выбрал? Мой моментальный ответ прост: британский гений Майкл Фарадей, человек, который научился использовать электроэнергию в практических целях, и один из самых великих популяризаторов науки в истории. К 1800 году многие ученые по всей Европе активно занимались экспериментами с электричеством. Алессандро Вольта расположил батареей цинковые и медные пластины, чередуя их между собой и прокладывая каждую пластину тканью или картоном, пропитанными солевым раствором. Такой столб производил то, что он называл электровозбудительной силой, а мы теперь называем электрическим напряжением. Андре-Мари Ампер показал отношение между интенсивностью электроэнергии и магнитной силы, которую она производит. Теперь у нас есть единица электрического тока, которая называется ампер. Майкл Фарадей сформулировал многие важные моменты того, как работает электричество. Среди прочего он соорудил первый в мире электрический двигатель. Он также довольно бурно делился своими идеями с общественностью.

В 1825 году Фарадей начал читать курс лекций в Королевском обществе в Лондоне. Эти Рождественские лекции, как они назывались, были рассчитаны на широкую публику, в том числе и на детей, и проводились каждый год, за исключением того времени, когда в период Второй мировой войны Лондон находился под градом бомбардировок. Одним из наиболее заметных современных лекторов, принимавших участие в Рождественских лекциях в 1977 году, стал Карл Саган. Эти лекции, помимо текстовой части, включали в себя увлекательные демонстрации научных опытов и эффектные выступления. После нескольких лет исследований, проводимых Фарадеем в его лаборатории, он усовершенствовал свою демонстрацию, и в результате его выступление представляло собой следующее: на лабораторном столе размером около двух метров в длину Фарадей устанавливал две катушки с проволокой, соединенные параллельными проводами, – как игрушечная железная дорога с туннелями на каждом конце. В центре одной из катушек на деревянном бруске соответствующей формы он помещал компас.

Явление магнетизма было известно на протяжении веков; Христофор Колумб при прокладывании курса своих кораблей полагался на намагниченную иглу, установленную на плавучей пробковой платформе соответствующей формы. Но Фарадей перенес магнетизм на новую почву. В его эксперименте на одном конце стола находилась катушка с компасом, а на противоположном Фарадей двигал стержневой магнит, вставляя и вынимая его из другой катушки. Игла компаса, помещенного в первую катушку, двигалась. Вы можете сами провести такой опыт и получите тот же результат. Движение магнита с одной стороны стола заставляло двигаться магнитную стрелку на другой.

Может, это и не звучит как что-то грандиозное. Многие из моих читателей наверняка забавлялись с магнитами и компасами (возможно, вы даже сломали не один компас, поднеся магнит слишком близко к чувствительной игле компаса). Понятно, что многие обращали внимание на то, что когда электричество идет по проволоке, вокруг нее создается магнитное поле, которое может легко воздействовать на стрелку компаса. Но Фарадей понял то, что никто до него, видимо, не понимал: этот процесс также работает и в обратном направлении. Если вы двигаете магнитом рядом с проволокой, в ней появляется электричество. Фарадей обнаружил и тщательно сформулировал основную идею этого явления. И дело не в самом магните, а в двигающемся магните и двигающемся магнитном поле.

Во время своих лекций Фарадей не просто помещал магнит рядом с проволокой. Он производил движения магнитом, который, в свою очередь, создавал магнитное поле. Это производило на аудиторию и его коллег-ученых неизгладимое впечатление. Почти все, с чем вы имеете дело в течение дня, своим существованием обязано открытию Фарадея, ибо именно так мы и генерируем электроэнергию. Просто оглядитесь вокруг; что окружало бы вас, не будь у нас электричества? Вряд ли много чего! Освещение, телевидение, компьютеры, холодильники, кофеварки – ничего этого не было бы без электричества. Все, что создано на производстве – столы, стулья, автомобили, ковры, плитка, одежда, – все теперь зависит от электричества. Еда выращивается на фермах, которые полностью зависят от оборудования и транспортных систем. Эта книга была написана с использованием электроэнергии и опубликована с помощью электричества, неважно, слушаете ли вы ее, держите в руках или читаете с экрана.

А вот вам на сладкое: как-то после презентации опыта к Майклу Фарадею подошла женщина и спросила: «Простите, господин Фарадей, но какая от этого польза?» На что Фарадей блестяще парировал: «Мадам, а какая польза в новорожденном младенце?»

Я надеюсь, вы прочувствовали скепсис Фарадея. Ученый непременно заслуживает уважения за то, что в тот момент ничуть не растерялся. Он мог бы сказать что-то вроде: «Леди, да вы в своем уме?! Вы считаете, что это ерунда?! Вы что, черт побери, не заметили, что я… то есть никто даже не… не касался компаса?! Некая сила исходит от одного края стола к другому, и этот кусок металла движется, словно заколдованный какой-нибудь ведьмой! Леди, я вас умоляю – это же совершенно поразительно…» Говорят, что Уильям Гладстон, министр финансов Великобритании, задал Фарадею подобный вопрос. На этот раз Фарадей ответил, пожалуй, еще более колко: «Ну что вы, сэр, у меня есть все основания полагать, что вскоре вы сможете облагать это налогом».

Размышляя над этой историей, я думаю о том, сколько же удовольствия доставляли Фарадею его опыты и их демонстрация перед людьми. Каждый раз он действительно получал от этого радость. Я уверен, что Дарвин ощущал такую же радость открытия. Правда, в случае с Дарвином то была немного другая радость, чем у Фарадея, ибо его открытие у многих людей вызывало тревогу по религиозным и философским соображениям. Открытие эволюции привело нас к порогу, который для многих несколько умаляет наше значение в рамках общей системы мироздания. Дарвин, вслед за своей набожной женой, и сам боролся с последствиями своих открытий. У Фарадея не было таких сложных переживаний по поводу электричества. Он также воодушевленно делился своими идеями со всеми вокруг, как и многие ученые до или после него. Его лекции становились увлекательным, захватывающим событием, ибо он говорил о науке с неподдельной страстью, без тени притворства и доступным языком.

Майкл Фарадей мог бы стать для эволюционной науки идеальным пресс-секретарем. Для меня весть о нашем месте в великой цепи жизни является чем угодно, но только не поводом для грусти. Для меня, и я уверен, что Фарадей непременно согласился бы со мной, научные открытия полны радости. Изучая эволюцию, мы находим скрытое объяснение многим вещам: окаменелостям тираннозавров, нашему копчику, насморку… Здесь мы раскрываем секреты жизни на Земле. Это наука, и в то же время это процесс, движимый человеческим духом. Для меня нет ничего более захватывающего. И мне приходит на ум еще одно знаменитое высказывание Фарадея: «Даже самое удивительное реально, если оно согласуется с законами природы».

25. Мы и медицина – эволюция в кабинете врача

Мой отец и его приятель Фил в детстве были образцовыми бойскаутами. Оба они могли разжечь костер в дождь. С завязанными глазами они вязали узлы, о которых большинство из нас даже никогда не слышали. Когда я был еще маленьким, у жены Фила обнаружили рак кожи; ее лицо ужасно опухло. Все его практические таланты были бесполезны в борьбе с этой болезнью. Как и все таланты медицины. Жена Фила была убежденным последователем движения церкви саентологии и считала, что любой недуг можно преодолеть с помощью божественной силы. Она отказалась от лечения, опухоль дала метастазы, и она умерла. Это был огромный удар для всех; ее смерть разбила сердце Филу, моему отцу, моей маме. Все думали о том, что злокачественную опухоль можно было удалить, и тогда жена Фила, возможно, прожила бы еще не одно десятилетие. В последнее время разрыв между тем, что могут врачи, и тем, что могла жена Фила, только увеличился. Медицинские методы лечения значительно улучшились, и одной из основных причин тому являются эволюционные исследования.

Это очень важный аспект эволюции, и многие люди его не ценят. Эволюционная наука – это не только наука об истории жизни. Это исследовательская программа с совершенно конкретными, осязаемыми результатами. Она задает направление развитию современной медицины. Например, мы установили, что рак эволюционирует. Раковые клетки могут мутировать в теле пациента, и в результате злокачественные клетки начинают искать новые способы, чтобы получить доступ к запасам крови и стать устойчивыми к нашим противоопухолевым препаратам. Придя к пониманию нашего общего происхождения, мы стали использовать для лечения людей гормоны других животных – такие как инсулин, полученный от свиней. Ученые-медики каждое лето разрабатывают новые вакцины, предвидя развитие и мутации вируса гриппа, возвращающегося каждую осень. Все эти взаимосвязи продолжают работать дальше и дальше.

На протяжении тысячелетий люди в той или иной форме практиковали медицину. Африканские племена просверливали отверстия в черепе для снижения внутри-мозгового давления. Исконные народности Северной Америки разрабатывали болеутоляющие средства. Люди по всему миру придумывали техники лечения и заживления сломанных костей. Все это – следствие обладания мозгом, достаточным для того, чтобы осознать причины и последствия на примере наших собственных человеческих органов. И все же лекарства, которые мы используем сегодня, фундаментально отличаются от тех способов, которыми люди боролись с заболеваниями и травмами на протяжении большей части нашей истории на Земле.

Разница в том, что сегодняшние врачи могут опираться на предсказания на основе нашего понимания эволюции. Как вам скажет любой биолог, живые организмы на нашей планете обладают огромным количеством схожих особенностей. Мы все состоим из клеток. Для каждого из нас имеется инструкция по сборке, и хранится она практически в каждой из наших клеток – у всех нас есть ДНК. Мы размножаемся по всему миру и среди других живых существ. Во время нашего размножения крошечные изменения переходят в каждое последующее поколение. Современные лекарства и вакцины возможны именно из-за этих знаний.

Недавно эволюционный аспект медицины проявил себя по-новому. Врачи стали смотреть на эволюцию не только как на внешний фактор, влияющий на человеческое здоровье, но также как на внутренний. Каждого человека они теперь рассматривают как ходячую, развивающуюся экосистему. Вы-то наверняка не думаете о себе как об экосистеме. По крайней мере, пока.

Большинство живых существ на этой планете состоят из одной клетки, даже не имеющей ядра. Большая часть землян – микроорганизмы. Скорее всего, вы без труда с этим согласитесь. Теперь представьте себе, что большая часть клеток вашего организма – микроорганизмы. Их количество превышает число клеток вашего тела почти в 10 раз. Эти микробы живут, усваивают химические вещества, производят химические отходы и взаимодействуют друг с другом. Их совокупность называют микробиомом. И вы – его экосистема. С ума сойти!

Когда мы появляемся на свет, у нас на борту нет ни одного из этих микроорганизмов. У детей нет микробиома, поскольку система комплексной биологической активности в их желудочно-кишечном тракте пока отсутствует. Они получают микробиом от своих родителей. Обнимашки, поцелуйчики и грудное вскармливание прокладывают бесчисленным бактериям путь в животик младенца, где те потом живут и размножаются на протяжении всей жизни этого нового человека. Эта экосистема или микробиом сосуществует с нами параллельно в нашем желудочно-кишечном тракте. Мы зависим от него. Большая часть пищи, которую мы едим, перерабатывается этими бактериями. Если с нашим микробиомом что-то не так, то в кишечнике начинаются проблемы.

У меня есть подозрение (не очень хорошее), что все мои читатели в свое время тяжело болели. Продукты жизнедеятельности многих видов бактерий токсичны. Наши тела имеют системы, направленные на выявление и вытеснение отравляющих токсинов: например, когда нас тошнит – это один из этих процессов, который обычно, но не всегда, помогает. Бактерии до сих пор существуют, потому они могли распространяться самостоятельно. Любая извергнутая из организма жидкость, содержащая бактерии, способствует распространению бактериального материала. Сейчас это кажется очевидным, но на самом деле это довольно недавнее открытие. Даже 150 лет назад, во времена Дарвина, люди все еще не верили в то, что микроорганизмы могут вызывать болезни или даже убивать. Биологи открыли микробиом лишь в последние пару десятилетий. Они до сих пор ищут ответ на вопрос, как микробы в нашем теле помогают нам оставаться здоровыми и сытыми. Микробиом человека может быть верным помощником в контролировании веса и борьбе с ожирением.

Открытие иммунных реакций и микробов буквально перевернуло мир. Исследование процесса, с помощью которого все эти микробы появились, позволило нам использовать пользу из хороших микроорганизмов и бороться с плохими. Рассмотрим следующий пример: мы разработали десятки антибактериальных препаратов. Их молекулы ломают или прокалывают стенки клеток и мембраны бактериальных патогенов. Но поскольку бактерии постоянно размножаются, они также постоянно мутируют и развивают новые средства защиты. Пройдя через фильтр выживания наиболее приспособленных, многие бактерии в окружающей нас среде обрели такую устойчивость, что сегодня их невозможно остановить антибиотиками, которые эффективно работали всего несколько лет назад. Если мы хотим продолжать жить здоровой жизнью, нам придется придумывать новые способы борьбы с бактериями. Это потребует глубокого понимания того, что происходит в мире бактерий. Вы, конечно, не удивитесь, узнав, что это напрямую связано с эволюцией. Подробнее об этом я расскажу в следующей главе.

Нашу планету заселяет совершенно невообразимое количество бактерий. По самым разумным подсчетам, их на планете около миллион триллион триллиона, или 1030 (десяти в тридцатой степени). На Земле больше бактерий, чем видимых глазу звезд во Вселенной. Как и любое другое живое существо, бактерии используют для питания те же самые химические вещества. Следовательно, они конкурируют между собой. И делают это, как сумасшедшие. Ради этого они борются друг с другом, но только не копьями и камнями, а ядами. Бактерии производят яды, чтобы убивать или жестко подавлять другие бактерии. По давней словообразовательной традиции эти токсины называются «бактериоцины». Они способны «разрезать» бактерии. Существует бактериоцин, характерный для кишечной палочки (E. coli), который слывет под названием «колицин». Улавливаете? Бактерио-цин, коли-цин. Составление подобных слов – очень популярное занятие у биологов.

В общем, все известные антибиотики – это токсины или химические ингибиторы, производимые другими типами организмов. Пенициллин, например, берет свое начало от гриба, который лишь незначительно отличается от бактерии. Каким-то образом Penicilliumnotatum случайно приобрел комбинации химических веществ, которые способны разрушать клеточные стенки очень многих бактерий, что позволяет грибу продвигать свои гифы (это такие грибные усики), не подвергаясь атаке, ну или, по меньшей мере, успешно отражая ее. Гриб отличается от бактерии и потому может нести в себе антибиотик – в данном случае разрушающие клеточные стенки химикаты. Но если вы – одноклеточная бактерия, вырабатывающая в пределах ваших клеточных мембран и стенок химическое вещество, которое способно бесконтрольно разрушать мембраны и стенки других тесно связанных с вами бактерий, то все несколько сложнее.

Миллиард миллиардов раз бактерии размножались и размножались, пока внезапно не столкнулись с химическими веществами-бактериоцинами, которые нападают на другие бактерии с помощью белков, специально сформированных и нацеленных на разрушение клеточной стенки только одного или нескольких других видов бактерий. Эти белки не нападают на клеточные стенки бактерии, которая их создала… иначе это бы не работало. Белок в данном случае является рабочей лошадкой, создаваемой живыми существами; химические свойства белков отчасти зависят от формы самой молекулы. Дело не только в том, что в молекулах белка может находиться атом азота, который может связываться с атомом кислорода. Дело еще и в том, что белок имеет или несет в себе эти атомы таким образом, что они вступают в реакцию только с теми молекулами, которые сами способны взаимодействовать с ними; эти белки подходят к ним словно ключ к замку.

Говоря о том, что бактерии не могли делать того, а делали что-то другое, следует понимать, что в данном случае выбора как такового у бактерий нет. Бактерия производит белок – всевозможные виды белка. Это те молекулы, которые придают форму и создают структуру таких составляющих вашего организма, как кости, кожа и волосы. Если бактерия случайно выработает белок, который сможет расщепить стенки ее же собственной клетки, тогда этот организм погибнет. Белок, вырабатываемый миллиардами поколений на протяжении миллионов лет, в результате начинает работать как бактериоцин; он разрушает или убивает другие бактерии, правда только бактерии определенного типа.

Узнав об этой замечательной особенности многих бактерий, ученые занялись созданием бактериоциновых препаратов, подобных антибиотикам, которые борются только с одним конкретным типом бактерии. Предположим, что вы заболели и возбудителем вашей болезни стала какая-то несчастная стафилококковая инфекция, при этом конкретный штамм стафилококка был известен уже достаточно долгое время. Его бактериальные предки сталкивались с человеческим антибиотиком на протяжении десятилетий, и в результате этот потомок штамма, с которым борется ваш организм, стал устойчив или практически не восприимчив к действию разрушительного для стенок клетки пенициллина, эритромицина или что там у вас еще есть в аптечке.

Ваше состояние будет ухудшаться. Бактерии будут производить так много токсинов, что вы просто будете не в состоянии их побороть. И тогда ученые возьмут образцы этого штамма стафилококка, например, у вас изо рта. Затем они размножат конкретный тип бактерии, которая в свое время смогла выработать конкретный тип бактериоцина, которому в свое время довелось убить штамм бактерии, в этот раз поразившей вас. Такие организации, как Центры по контролю и профилактике заболеваний США, в свою очередь занимаются размножением групп тесно связанных между собой бактерий, вырабатывающих бактериоцины, либо сами синтезируют бактериоцины, делая их самостоятельным препаратом, который можно принимать так же просто, как стакан апельсинового сока по утрам. Бактериоцины начнут вырабатываться внутри вас либо с помощью специального штамма антистафилококковой бактерии, либо посредством самого бактериоцина, и вы быстро пойдете на поправку.

Такой вид эволюционной атаки звучит весьма увлекательно, но этот вариант работает лишь тогда, когда мы можем определить конкретный тип бактерии и выделить бактериоцин, способный разрушить ее клеточные стенки. Исследователи в южной части России занимались этим в течение многих лет. Наряду с противодействием инфекционным заболеваниям с помощью бактериоцинов, их исследования касались лечения кожных инфекций. Определяя тип бактерии, заразившей пациента, ученые находили подходящую бактерию, способную вырабатывать достаточное количество бактериоцинового белка для уничтожения заразного штамма.

Будущее, которое делает эту технологию доступной для всех нас, будет поистине светлым и безоблачным. Такое достижение могло бы стать жизнеутверждающим результатом нашего понимания эволюции, а также следствием многих исторических шагов, которые привели нас к этому моменту. Первые ученые, среди которых был Антон ван Левенгук, голландский микроскопист XVII века, произвели открытие микромира нашей планеты. Позже другие ученые обнаружили, что нашу иммунную систему можно тренировать или учить бороться с конкретными заболеваниями, которым подвержен наш организм. Затем ученые определили конкретные виды бактерий и конкретные вирусы. Еще позже ученые обнаружили химические вещества или молекулы, которые разрушают стенки клеток и мембраны некоторых бактерий. Потом ученые обратили внимание, что бактерии борются друг с другом. Давайте для примера спустимся в ваш кишечник: здесь три различных типа кишечной палочки Escherichiacoli в постоянном режиме борются друг с другом с помощью специальных бактериоцинов. Наверное, именно это имеют в виду исследователи, когда говорят о «карликах, стоящих на плечах гигантов»[11]. Наука – это удивительно кумулятивный процесс.

На протяжении примерно двух сотен лет люди использовали животных, чтобы проверить на них действие лекарств и медицинских процедур. Вы, возможно, слышали о резус-факторе в крови. Термин происходит от макаки-резуса, у которой был обнаружен и исследован этот фактор. Вы можете переживать или, наоборот, быть благодарными за тестирование средств для макияжа глаз на кроликах до появления продукта на рынке. Вы, возможно, знаете о том, что лабораторных мышей накачивают пищевыми добавками или сигаретным дымом для проверки их побочных эффектов. Вы наверняка использовали термин подопытный кролик для описания тех, кто первым отправляется на процедуру, исход которой пока неясен.

Все эти подопытные животные используются для того, чтобы увидеть, что произойдет с нами, если поместить нас в ту же ситуацию; и все потому, что на клеточном уровне люди и обезьяны, свиньи и мыши очень похожи по своей конструкции или структуре. Почти вся биохимия у нас общая. У всех у нас есть ДНК, и она почти одинаковая. Совпадение ДНК с макакой-резусом у нас составляет 93 %. С мышами мы близки на 90 %. Просто задумайтесь о потенциальных последствиях этих цифр. Будь вы зародыш, вы легко могли бы перейти от одного вида к другому. Вот почему мы так переживаем о птичьем или свином гриппе. Либо же, наоборот, 10 % может быть достаточно для того, чтобы снять вопрос об инфекциях, которым мы подвержены. В любом случае наши ученые могут использовать наши знания о мутации и естественном отборе для определения той доли, что является общей для нас и этих животных.

Каждый житель развитых стран получает прямую выгоду от медицинских тестов, проводимых на этих животных. Это еще одно научное достижение, основанное на эволюции.

На самом деле мы только начинаем понимать, как можно бороться против болезней. Просто представьте, как много мы не знаем о бактериях и их взаимодействии. На каждом этапе этого процесса познания мы использовали научные методы: наблюдение. Предположение. Предсказание. Эксперимент. Сравните то, что вы ожидали, с тем, что произошло на самом деле. Такая строгая форма научного метода, где очень точные эксперименты проводятся в тщательно контролируемых условиях, на самом деле заимствована из медицины. Для того чтобы наблюдать и устранять последствия действий микробов, необходимо наблюдать за ними очень внимательно, ибо мы не можем просто отделить их и посмотреть на них в микроскоп. В свое время эволюционная теория пожинала плоды медицины, теперь же сама медицина пожинает плоды эволюционной теории.

Глядя на этот особенный род человеческой деятельности, я искренне поражаюсь тому, как усердно ученые бились над изоляцией оспы, бешенства, эпидемического паротита, кори, коклюша и краснухи. Можно сказать, что мы просто везунчики, которым несмотря ни на что все-таки удалось выжить. Но дело тут не в везении. Дело в стратегии, в науке. Вы сейчас находитесь здесь, потому что большое количество людей по всему миру на протяжении веков изо всех сил работали, пытаясь понять, как на самом деле устроен мир природы.

26. Устойчивость к антибиотикам – эволюция наносит ответный удар

А вы делаете ежегодную прививку от гриппа? Вообще-то это необходимо, поскольку вирус гриппа эволюционирует прямо у нас под носом, таким уязвимым для этой инфекции, поэтому и вы должны не отставать. Вирусы занимаются продолжением своей жизни, заражая живые клетки и заставляя их создавать копии вируса. Эти реплики вырываются на свободу и сталкиваются с соседними клетками, что приводит к еще большему распространению инфекции и еще большему количеству копий вируса. Если это напоминает вам войну, то вы не так уж далеки от истины. Зимой 1918–1919 годов испанский грипп унес жизни 50 млн человек – больше, чем все битвы Первой мировой войны, которая на тот момент только-только закончилась. Имейте в виду, доказательств тому, что вирусы зловредны, нет. Они просто следуют своему эволюционному пути, размножаясь в любом месте, где они получают преимущество. Самое страшное здесь заключается в том, что это бессмысленное, неустанное движение естественного отбора подавляет нашу защиту, делая некогда покоренные заболевания вновь опасными.

Люди выходят на бой в доспехах, также сформированных в процессе эволюции: это иммунная система. Это сложный набор химических веществ и процессов, которые ваше тело использует для борьбы с болезнями, вызванными вирусами, микробами и многоклеточными паразитами. Иммунная система накапливает опыт, разрабатывает целевую оборону против каждой появившейся инфекции. Итак, позвольте мне задать вопрос: если бы наша иммунная система работала в нормальном режиме и с нормальным уровнем производительности, разве мы не были бы способны побороть любую инфекцию, с которой нам или нашему организму довелось столкнуться? Разве мы не победили бы каждого микроба и паразита в природе? Вы наверняка думаете, что нет. В природе так не бывает. И это один из наименее приятных результатов эволюции.

На протяжении вашей жизни вы, несомненно, болели и простудой, и гриппом, подхватывали ротовирусную инфекцию, страдали пищевым отравлением и переживали еще кучу разных заболеваний. Тем не менее ни вы, ни кто-либо иной так и не смогли окончательно победить все эти напасти. У вас даже могла выработаться полезная привычка очень часто мыть руки, чтобы не заболеть снова. Интуитивно вы понимаете, что вокруг вас гораздо больше микробов, чем видела ваша иммунная система, и так и будет на протяжении всей оставшейся жизни.

Итак, напрашивается следующий логический вопрос. Откуда берутся все эти новые, доселе невиданные микробы? Нет необходимости искать где-то в неизвестных местах фабрики по производству биологического оружия – фабрики, которые создают образцы новых микробов и распространяют их по всему миру. Все эти фабрики находятся у нас под носом, и это мы сами. Каждый из нас служит инкубатором для новых штаммов или видов микробов.

Из-за полного отсутствия нервов или мозга микробы нельзя назвать подлыми или злобными. Они просто такие, как есть. С самого начала жизни бактерий на Земле, 3,5 млрд лет назад, здесь, скорее всего, существовала какая-то конфигурация молекул, которая и породила эту бактериальную проблему. Как и любое другое живое существо, когда-либо найденное нами на Земле, молекулы вируса обладают длинной цепочкой ДНК, несущей генетическую информацию, необходимую вирусу для принуждения бактериальных клеток к производству еще большего количества тех же самых вирусов. К тому же они созданы из одного и того же молекулярного материала и очень сильно похожи на молекулярном уровне – поэтому разумно предположить, что бактерии и их враги-вирусы, бактериофаги (вирусы, которые атакуют бактерии), появились на свет примерно в одно и то же время. Отсюда мое предложение о вынесении вирусов в отдельный домен жизни. Каждый организм начал борьбу за одни и те же ресурсы в тот момент, когда Земля достаточно остыла для того, чтобы на ее поверхности появилась жидкая вода.

Весьма интересным аспектом бактериофагов является их специфичность. Конкретные фаги атакуют только конкретные бактерии. Как я упоминал ранее, разумное объяснение этому явлению заключается в том, что все они появились на Земле примерно в одно и то же время. При появлении огромного количества бактерий и огромного количества фагов шансы на то, что они найдут друг друга, становятся достаточно высокими, чтобы поддерживать целые экосистемы. Это часть того, что происходит внутри вашего микробиома.

Давайте заглянем в историю, чтобы увидеть, как мы тут оказались. Бактерии в первичных морях, несомненно, постоянно подвергались атакам со стороны фаговых вирусов и им подобных. Их там были миллионы и миллионы. Но дело-то в том, что при копировании молекул неизбежно появляются ошибки или несовершенства. Если вирусу удалось заразить тысячи клеток, каждая из которых производит тысячи вирусов, то рибонуклеиновая кислота этого вируса будет воспроизводиться с некоторыми мутациями. Теперь перенесите эту ситуацию в будущее, где десятки тысяч людей подхватывают инфекции, и каждый из нас производит миллионы вирусов. Рано или поздно появится мутация, которая может заразить или перезаразить большинство из нас.

Неужели нам придется смириться с тем, что мы будем постоянно, на протяжении всей нашей жизни подвергаться атаке необычных, новых штаммов вирусов, бактерий и паразитов, и с этим ничего нельзя будет поделать? Точно так же, как мы принимаем меры во избежание получения травм от деревьев, которые мы вырубаем, или от дорог, которые мы пересекаем, мы принимаем меры, чтобы избежать инфекций. Мы моем руки и избегаем контактов с заболевшими людьми, по крайней мере, насколько это возможно. Я хорошо помню, как на протяжении нескольких лет меня летом не выпускали на улицу, чтобы избежать контакта с вирусом, вызывающим полиомиелит. Поэтому логично, что мы, как грамотное общество, принимаем меры по созданию иммунных ответов как внутри наших тел, так и снаружи. И делаем мы это потому, что способны понять эволюцию.

Учитывая все происходящие мутации, разработка вакцины против гриппа – это как стрельба по движущейся мишени. Каждую зиму, когда начинается сезон гриппа, вирусы, которые циркулируют повсюду, немного отличаются от тех, что были в предыдущем сезоне. Вот почему Центры по контролю и профилактике заболеваний, готовясь к мучительной борьбе с новым штаммом гриппа следующего сезона, сотрудничают с Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов и со Всемирной организацией здравоохранения. Главный фокус здесь заключается в том, чтобы получить образцы вирусов гриппа, поражающих жителей Южного полушария в тот момент, когда у них зима, а у нас лето, и успеть до нашего зимнего периода подготовить вакцины. Это движимая эволюцией система здравоохранения, которую практически все принимают как должное.

Патоморфологи – это ученые, которые изучают инфекции, такие как грипп, и работают с ними: они подготавливают вакцину либо с помощью вируса, который был немного ослаблен (истощен) посредством химического реагента, либо с помощью мертвого или неполноценного вируса, структура которого остается ненарушенной. Он все еще обладает той конфигурацией белка, которую ваш организм может распознать; таким образом, не имея возможности самостоятельно возбудить инфекцию ввиду своей неполноценности, он все еще способен вызывать иммунный ответ.

Основная задача иммунной системы заключается в распознавании появляющихся вирусов, бактерий или паразитов, нежелательных для нашего организма ввиду того, что эти возбудители способны нападать на ваши клетки или брать их под свой контроль, заставляя производить большее количество вирусов или бактерий (попутно иммунная система должна пропускать полезные микробы и собственные клетки организма). После того как ваше тело признает нежелательное вторжение возбудителя инфекции, оно начинает посылать антитела, предназначенные для взлома и уничтожения вируса. Для этого антитела должны быть настроены на белок внешнего захватчика. Если ваша иммунная система и ее молекулы-антитела не признают инфекционного возбудителя, то иммунный ответ следует, по крайней мере, с определенной задержкой. Это дает вирусу, бактерии, многоклеточному паразиту огромный гандикап и может нанести серьезный вред вашему здоровью.

Причина, по которой эти инфекционные организмы по-прежнему существуют, заключается в том, что они постоянно меняются, мутируют по мере размножения, принимая новые химические облики, которые иммунная система распознать не может. Они постоянно развиваются в абсолютном соответствии с предсказаниями эволюционной теории. Микробы и паразиты эволюционируют с поразительной скоростью в масштабах геологического времени или в сравнении с тем количеством времени, которое жизнь существует на Земле. В общем-то, это их дело. Только мы, люди, будучи их медленно развивающимися жертвами, вынуждены сделать это дело нашим.

Бактерии питаются химическими веществами, получая их из окружающей среды. Употребив нужное количество необходимых химических веществ, бактерии получают достаточное количество химической энергии для размножения. Они размножаются путем деления пополам. Конечно, с точки зрения биохимии это несколько сложнее, но идея именно такая. Мы называем это простым делением – расщеплением на две части. Для бактерий это, конечно, прекрасно, только вот поскольку они размножаются и питаются при этом окружающей их химической средой, отходы некоторых из них очень уж токсичны и могут спровоцировать наши болезни.

Когда-то давным-давно, в первобытную эпоху одна бактерия случайно произвела токсин, который заразил одного из наших предков. Этот день стал великим днем для новорожденной бактерии, ибо таким образом они обнаружили эффективный способ своего распространения. Видимо, в носу у нашего предка скопилось так много токсинов, что он чихнул на других представителей своего племени, извергая живые бактерии вместе со своей слюной и слизью. Или он мог просто дышать воздухом, в котором в капельках воды содержались бактерии. Или – ой – бактериальные токсины, возможно, вызвали диарею. И, в тот момент, когда организм нашего предка, хммм… избавлялся от токсинов, он точно так же распространял вокруг себя бактерии. После того как бактерия или семейство бактерий вышли на эту схему, остановиться им уже было невозможно. Однако человеческие ученые нашли несколько очень эффективных методов борьбы с этим.

У бактерии есть клеточная стенка, которая отделяет микроб от окружающей среды. В этой стенке есть мембрана, которая разделяет иначе организованные подсистемы, или «органеллы», в пределах бактерии. Люди нашли способ заставлять белок – молекулярную структуру, которая отвечает за удерживание стенок клетки бактерии, – разваливаться или раскрываться. Когда это происходит, бактерия разрушается; это останавливает метаболизм и выработку токсинов.

Молекулы, синтезированные патоморфологами и запущенные инженерами-химиками в массовое производство в «реакторах» размером с нефтяную цистерну, являются тем, что мы называем общим термином «антибиотики». Пожалуй, самым известным среди них является пенициллин. Вы наверняка слышали историю про Александра Флеминга, шотландского биолога, который в 1920 году заметил, что плесень Penicilliumnotatum способна убивать бактерии стафилококка (Staphylococcusaurius), вызывающие стафилококковые инфекции. Вы, безусловно, слышали об уничтожающем бактерии веществе, которое он выделил из этой плесени: пенициллин. Флеминг понял, что, если эту смесь выделить и начать производить в больших количествах, то она могла бы быть очень эффективной в отношении бактериальных инфекций. Пенициллин положил конец многим страданиям и спас множество человеческих жизней.

Наряду с этими скромными заслугами, пенициллин привел к развитию десятков других фантастических антибиотиков: ципрофлоксацин, полимиксин, тигециклин и многие другие. Некоторые из этих препаратов удерживают бактерии от деления или размножения; другие сражают бактерии наповал. В любом случае антибиотики изменили мир и полностью изменили ожидания современной медицины. Наши самые опасные враги, микробы и паразиты, враз стали легко победимы и преодолимы.

Но процесс эволюции сделал многие из этих лекарств гораздо менее эффективными, чем они когда-то были, а порой даже бесполезными. Поскольку бактерии способны размножаться очень быстро по сравнению с организмами, на которые они нападают и эксплуатируют, они и мутируют очень быстро. За несколько лет у них случайным образом появились гены, которые проявляли устойчивость к препаратам. В результате: огромное количество бактерий, которые некогда были вполне управляемы, теперь в лучшем случае стали обузой, а в худшем – смертельным приговором. Эволюция позволяет им наносит ответный удар, и это плохо для нас.

В настоящее время медицинские работники уже осознали серьезность проблемы и предупреждают общественность, которая бездумно использует антибиотики, тем самым делая их неэффективными. Чем больше этих препаратов мы используем, тем больше шансов у инфекционных бактерий войти в контакт с этими лекарствами, и тем скорее эти бактерии изобретут штаммы, которые будут способны защитить себя от химического воздействия этих препаратов.

Я не раз принимал участие в кампаниях, поощряющих людей и особенно заботливых родителей, которые не злоупотребляют этими замечательными плодами науки. Возможно, у вас тоже болел ребенок или вы знаете кого-то, кто с этим сталкивался. Родители отводят малыша к доктору и начинают переживать, если врач назначил им антибиотики для лечения заболевания, победить которое так или иначе иммунная система пациента все равно смогла бы сама.

Более того, различия в химических механизмах делает вирусы невосприимчивыми к препаратам, направленным против бактерий. Чтобы антибиотик сработал, он должен быть направлен на бактерию, которая вас поразила (не просите у своего врача антибиотик, если у вас грипп, он ничем не поможет, кроме как поспособствует размножению более опасных бактерий). У вирусов нет клеточных стенок, целостность которых можно было бы нарушить. Их нужно атаковать антителами, направленными конкретно против них и настроенными на их быстрый поиск. Вот почему медицинское сообщество спонсировало компании, ориентирующие потребителей и поставщиков медицинских услуг на принцип «вирус, микроб, бактерия – для каждого свое лечение».

Вот почему так важно перестать самостоятельно принимать антибиотики. При этом если ваш врач назначает вам двухнедельный курс антибиотиков, обязательно пропейте его до конца, даже если вы почувствуете себя лучше уже через пару дней. В противном случае, вы можете не добить болезнетворные бактерии внутри вас, они останутся в вашем организме и в результате смогут развить устойчивость к антибиотикам. У них не будет полного иммунитета, но частичная резистентность к антибиотику перейдет к следующему поколению ваших микробов, и уже они станут устойчивыми к тому же самому препарату, которым несчастная, зараженная вами жертва попытается пролечиться. Так что не стоит мараться пособничеством врагу.

Все это происходит по законам того же самого эволюционного процесса, благодаря которому почти все существа и экосистемы дожили до сегодняшнего момента. Это модификация путем естественного отбора, и в данном случае она происходит в мире бактерий. Это еще одна жизненно важная причина для продвижения всеобщей грамотности в отношении науки: эволюция является вопросом жизни и смерти.

27. Неутолимая жажда альтруизма

Признаю, последняя пара глав книги получилась довольно мрачной и представляет эволюцию в таком виде, будто она собирается захватить нас силой. Насколько можно судить, эволюция не руководствуется разумом или планом. Она просто существует. Наше восприятие того, что эволюция может быть щедрой или злонамеренной, полностью основано на том, что мы думаем, будто мы единственные, кто оказались лучше всех, – такой подход к миру – вы только задумайтесь – вполне отвечает духу эволюции. Так что воспринимайте мое высказывание как полностью субъективное суждение, но я думаю об этом как о гораздо более счастливом сюжете. Я говорю о том, что приносит пользу всем нам: альтруизм, инстинкт, который заставляет нас присматривать друг за другом.

Рассмотрим пример из моего детства. Как и мой отец, я был довольно хорошим бойскаутом. Я отлично ладил и продолжаю ладить с лесами. Я могу срубить дерево, развести огонь, раздобыть пропитание, сделать деревянный каркас, соорудить укрытие и найти дорогу из леса через незнакомую территорию. Наряду с приобретением подобных полезных навыков, в задачу бойскаутов входили коммуникация и взаимопомощь в организации. Бойскауты должны были каждый день делать доброе дело, помогать кому-то, пусть даже совсем чуть-чуть. Один из моих нынешних девизов размещен на сайте billnye.com «Чтобы мир после вашего ухода стал лучше, чем было до вас, однажды вам придется убрать за кем-то его мусор». Я думаю, моими альтруистическими порывами я обязан своим маме и папе. Они сделали все возможное, чтобы оставить мир после себя лучше, чем он был. (Надеюсь, вы простите им мое появление. Моя мама всегда говорила, что папа был великим танцором, и я думаю, тут одно привело к другому.)

Когда я достиг работоспособного возраста, я стал волонтером в Научном центре Тихого океана в Сиэтле. По выходным я помогал передвигать коробки и выступал в качестве «толкователя науки» – и тогда и потом. Мне было просто приятно помогать кому-то. Навыки публичных выступлений, которые я там приобрел, стали залогом моей дальнейшей карьеры и привели к созданию этой книги. Я также был наставником в программе «У меня есть мечта»[12]. Оба этих юношеских занятия являются примером альтруизма, где энергия одного человека затрачивается на создание блага для другого. Мне нравится думать, что я делал свою работу хорошо, но я всегда чувствовал, что я получаю от нее больше, чем посетители Научного центра или студенты ранним субботним утром. Позже я множество раз испытывал что-то подобное – преподавая в классе или проводя особенно удачную научную демонстрацию. Я утверждаю, что могу чувствовать это внутри себя и внутри других – этот тип альтруизма закодирован где-то внутри нас.

Религии часто проповедуют важность совершения дел ради других. Существует огромное количество некоммерческих организаций, которые продвигают идею служения ради блага наших соседей или блага тех, кому в этой жизни повезло меньше, чем нам. Если вы волонтер или избрали для себя путь служения ближнему, я предполагаю, что это дает вам возможность чувствовать себя довольно хорошо. Большинство из нас находят удовлетворение в оказании помощи другому. Большинство из нас чувствуют себя отлично, если считают, что поступили правильно. Так же, как вы и я, эволюционные биологи называют феномен совершения правильных вещей «альтруизмом», хотя они определяют его более строго. Это слово происходит от латинского alter, что означает «другой». Происхождение и природа альтруизма сегодня является одной из самых актуальных областей исследования в эволюционной науке.

В повседневной речи альтруизм означает бескорыстность, готовность помочь другому без ожидания какой-либо награды. В эволюционной биологии эта идея находит выражение в уравнении: индивид оказывает услугу, не получая либо получая совсем мало выгоды от этого. Это отношение можно записать очень просто: П < З (польза дающего меньше его затрат).

Предложение помощи всегда несет в себе некоторую затратность, неважно, чем она измеряется – временем, энергией или риском стать жертвой нападения. Меж тем получатель получает выгоду – например, немного еды или помощь в подъеме тяжестей, предупреждение о готовящемся нападении хищника, а даритель при этом пользы не получает, по крайней мере, очевидной и незамедлительной. Ученые, интересующиеся появлением этой тенденции у многих животных, включая нас, изучали альтруизм всеми возможными и интригующими способами. Многие из этих исследований курсируют вокруг главного вопроса альтруизма: для чего затратам преобладать над выгодой в битве за выживание?

На данный момент религии, как правило, утверждают, что корнем альтруизма является вера в высшую силу – что без определенного набора верований или вхождения в религиозную доктрину добрые дела в мире не совершались бы. По крайней мере, это моя интерпретация того, что я принимаю за позиции многих организованных христианских религий. Однако, по моему мнению, как и по мнению многих ученых-эволюционистов, альтруизм широко распространен в природе. Он проявляется у таких животных, как, например, летучие мыши-вампиры и термиты.