Биология веры. Как сила убеждений может изменить ваше тело и разум

Меня охватил острый приступ жалости. Вероятно, причиной такого великодушия был соленый морской воздух, сдобренный пряными тропическими ароматами. Я объявил, что отныне сделаю все возможное, чтобы каждый студент как следует подготовился к выпускному экзамену – разумеется, при условии соответствующего усердия с его стороны. Как только до них дошло, что мне и в самом деле небезразличен их успех, в перепуганных глазах студентов заискрились проблески надежды.

Понять физиологию и поведение клеток будет легче, если представить их себе как неких маленьких человечков.

Чувствуя себя как тренер, пытающийся «завести» команду перед ответственным матчем, я сказал им, что по своим умственным способностям они нисколько не уступают студентам из Соединенных Штатов. Их сверстники из американских университетов разве что чуть более натасканы в механическом запоминании – благодаря чему им и удалось показать лучшие результаты на вступительных экзаменах. Кроме того, я всячески пытался внушить своим подопечным, что для изучения гистологии и клеточной биологии вовсе не нужно быть семи пядей во лбу. При всей своей изощренности природа следует довольно-таки простым принципам действия. Я пообещал им, что вместо запоминания фактов и цифр приведу их к пониманию того, как работает клетка, излагая очередной принцип с опорой на ранее изученные основы. Несмотря на насыщенные лекционные и практические занятия, мне хотелось бы читать им дополнительные вечерние лекции. Короче говоря, моя десятиминутная речь так вдохновила студентов, что из аудитории они выходили, сияя желанием показать всем и каждому, что голыми руками их не возьмешь.

Когда они разошлись, до меня вдруг дошло, какую ношу я на себя взвалил. У меня стали закрадываться сомнения – ведь очевидно, что некоторым из студентов учеба в медицинской школе была откровенно не по силам. Другие были довольно способными, но недостаточно подготовленными. Появился страх, что моя островная идиллия превратится в лихорадочную, всепоглощающую гонку, которая закончится полным провалом моих студентов и меня как преподавателя. Работа в Висконсине вдруг показалась мне сущим пустяком. В самом деле, там я читал только восемь лекций из примерно пятидесяти, составлявших курс гистологии и клеточной биологии. Весь курс преподавали еще пять профессоров кафедры анатомии. Безусловно, я должен был знать материал всех этих лекций, так как участвовал в организации соответствующих лабораторных занятий. Студенты имели право обратиться ко мне по любому вопросу, имеющему отношение к этому курсу. Но одно дело знать материал и совсем другое – преподавать его!

У меня было три выходных дня, чтобы разобраться в ситуации, в которую я сам себя поставил. Если бы угроза подобного кризиса нависла надо мной в Висконсине, то, учитывая мой тип нервной организации, я бы наверняка принялся метаться из крайности в крайность. Но сидя на пляже и наблюдая за садящимся в Карибское море солнцем, я увидел, что мои страхи превратились в предвкушение захватывающего приключения. Впервые в своей преподавательской карьере я был единолично ответствен за столь обширный курс, и мне больше не нужно было подстраиваться под содержание лекций и манеру других профессоров. Это постепенно приводило меня в восторг.

Клетки как маленькие человечки

Как выяснилось впоследствии, этому курсу гистологии суждено было стать самым прекрасным и интеллектуально богатым периодом в моей академической карьере. Пользуясь предоставленной мне свободой, я построил курс по собственному желанию, сообразно новому подходу, уже несколько лет зревшему в моей голове. Мной завладела мысль, что понять физиологию и поведение клеток будет легче, если представить их себе как неких маленьких человечков. Размышляя над новой структурой курса, я воодушевлялся все больше. Идея состыковки клеточной и человеческой биологии вновь зажгла во мне давний детский энтузиазм к научным занятиям, который по-прежнему вызывала у меня работа в лаборатории, а ни в коем случае не бумажная трясина, бесконечные заседания и безмерно надоевшие мне факультетские вечеринки – этот неизменный атрибут штатной университетской должности.

Мое стремление очеловечить клетки объясняется тем, что годы за микроскопом выработали у меня немалый пиетет перед сложностью и могуществом того, что поначалу представлялось мне анатомически незамысловатыми комочками, движущимися в чашке Петри. Вероятно, вы помните из школьного курса основные элементы клетки: ядро, где содержится генетический материал, клеточные энергетические станции – митохондрии, защитную внешнюю оболочку-мембрану и цитоплазму, заполняющую внутреннее пространство. Но за этой кажущейся простотой скрывается сложнейший мир, и порой клетки используют технологии, которые ученым еще лишь предстоит до конца понять.

Большинству биологов мое представление о клетках как о людях в миниатюре покажется ересью. Попытки объяснить что-либо нечеловеческое, соотнося его с поведением людей, называются антропоморфизмом. Для «истинных» ученых антропоморфизм – это что-то вроде смертного греха, и тех, кто сознательно к нему прибегает, они подвергают безусловному остракизму.

Но я верил, что для такого выхода за ортодоксальные рамки существуют веские причины. В своей работе биологи стремятся обрести научное знание, наблюдая природу и строя гипотезы о том, как функционируют те или иные объекты. Затем они разрабатывают эксперименты, при помощи которых можно было бы проверить их теории. Построение гипотез и разработка эксперимента требуют от ученого «думать», как клетка или другой живой организм осуществляют свою жизнедеятельность. Применение таких «человеческих» подходов к решению загадок биологии автоматически делает этих ученых виновными в антропоморфизме. Как ни крути, в основе биологической науки лежит то или иное очеловечивание предмета изучения.

По моему глубокому убеждению, неписаный запрет на антропоморфизм – это пережиток мрачного средневековья, когда церковные авторитеты не допускали и мысли, что между человеком и другими Божьими творениями может существовать какая-либо связь. Согласен, что такой подход полезен при попытках очеловечить электрическую лампочку, радиоприемник или перочинный нож, но критиковать исследователей живых организмов, по-моему, бессмысленно. Люди – это существа, состоящие из множества клеток, поэтому в силу самой своей природы мы должны демонстрировать общие с ними способы поведения.

Я хорошо понимаю, что для признания таких параллелей требуется некоторое изменение восприятия. Исторически иудеохристианские верования привели нас к мысли, что мы – разумные существа, созданные посредством некоего процесса, отдельного и отличного от процесса создания всех прочих растений и животных. Такое представление заставляет нас свысока смотреть на другие формы живого, почитая их неразумными – в особенности если речь идет о тех, что стоят на более низкой эволюционной ступени.

Большую нелепость трудно себе представить. Когда мы, глядя на себя или других людей в зеркале, рассматриваем их как изолированные организмы, то такое представление в каком-то смысле правомерно – во всяком случае, в рамках нашего уровня наблюдения. Но если вы посмотрите на свое тело с точки зрения клетки, то оно предстанет вам совсем иначе. Вы больше не покажетесь себе изолированной сущностью. Вашему взору откроется неугомонное сообщество из более чем 50 триллионов отдельных клеток.

Пока я перебирал в голове подобные мысли, передо мной раз за разом возникала одна и та же картинка из энциклопедии, увиденная мной еще в детстве. К статье о человеке там прилагалась иллюстрация на семи прозрачных пластиковых страницах. На каждой из них был изображен один и тот же контур человеческого тела. На первой странице этот контур был заполнен изображением обнаженного человека. Перевернув ее, вы словно снимали с него кожу и обнажали мускулатуру – таково было изображение на второй странице. Затем перед вами открывался наглядно выполненный разрез всего тела, и вы поочередно видели скелет, мозг и нервы, кровеносные сосуды и систему внутренних органов.

Для своего карибского курса я мысленно дополнил эти картинки еще несколькими изображениями, каждое из которых иллюстрировало те или иные клеточные структуры. Большинство их обычно называют органеллами – «миниатюрными органами», плавающими в желеобразной цитоплазме. Органеллы – это функциональные эквиваленты тканей и органов нашего собственного тела. К ним относятся ядро (самая крупная органелла), аппарат Гольджи и вакуоли. Традиционно в подобных курсах сначала рассматривают эти клеточные структуры, а затем переходят к тканям и органам человеческого тела. Мне захотелось объединить эти две части и показать сходство человека и клетки.

Люди – это существа, состоящие из множества клеток, поэтому в силу самой своей природы мы должны демонстрировать общие с ними способы поведения.

Я говорил своим студентам, что биохимические механизмы в системах клеточных органелл, по существу, те же самые, что и в системах наших внутренних органов. И хотя человеческое тело состоит из триллионов клеток, в нем нет ни одной «новой» функции, которая не фигурировала бы уже в отдельной клетке. Всякая эукариота (клетка, содержащая ядро) обладает функциональными эквивалентами нашей нервной системы, системы пищеварения, системы дыхания, выделительной системы, эндокринной системы, костно-мышечной системы, системы кровообращения, наружных покровов (кожи), репродуктивной системы и даже примитивной иммунной системы, функционирование которой обеспечивается семейством антителоподобных белков, называемых убиквитинами.

Также я недвусмысленно заявил своим студентам, что каждая клетка – это разумное существо, способное к самостоятельной жизни (ученые демонстрируют это всякий раз, когда отделяют те или иные клетки от организма и выращивают их в культуре). Как мне и показалось в детстве, эти разумные клетки обладают намерением и целью: они активно ищут для себя условия, поддерживающие их жизнедеятельность, и в то же время избегают агрессивных и ядовитых сред. Как и люди, отдельные клетки анализируют тысячи сигналов, поступающих от их микроокружения. Посредством анализа этих данных они вырабатывают необходимые поведенческие реакции для выживания.

Отдельные клетки также способны к обучению на основании результатов взаимодействия с окружающей средой. Они умеют хранить память об этом опыте и передавать его своим потомкам. Например, когда в тело ребенка проникает вирус кори, незрелые иммунные клетки получают сигнал на выработку против него защитного белка-антитела. Одновременно с этим клетка должна создать новый ген, который послужит «шаблоном» для последующей выработки противокоревого белка.

Первый шаг при создании специфического гена выработки противокоревых антител происходит в ядре этих незрелых иммунных клеток. В их собственных генах имеется огромное количество участков ДНК, каждый из которых кодирует синтез того или иного уникального белкового фрагмента. По-разному перетасовывая эти участки ДНК, иммунные клетки создают огромный массив различных генов, соответствующих различным антителам. Если незрелой иммунной клетке удается выработать белок антитела, достаточно хорошо соответствующий (комплементарный) внедрившемуся в организм вирусу кори, такая клетка активируется.

Активированные иммунные клетки, в свою очередь, запускают удивительный механизм аффинного созревания, который позволяет клетке точнейшим образом «подогнать» окончательное строение белка-антитела для обеспечения его полнейшей комплементарности вторгшемуся вирусу кори. При помощи процесса соматической гипермутации активированные иммунные клетки в сотнях копий размножают исходный ген антитела. Однако каждая очередная копия оказывается слегка мутировавшей и отличной от оригинала, благодаря чему кодирует синтез несколько отличающегося по своему строению белка. Из множества вариантов клетка выбирает тот, который дает наиболее соответствующее антитело. Этот избранный вариант гена снова и снова проходит процедуру соматической гипермутации, пока получившееся в результате антитело не будет представлять собой идеальный «слепок» с вируса кори.

Прикрепляясь ко вторгшемуся вирусу, сформированное таким образом антитело инактивирует его и помечает как подлежащий уничтожению, тем самым ограждая ребенка от пагубного воздействия заболевания. При этом клетки его организма хранят генетическую «память» об этом антителе, так что, если в будущем он снова подвергнется атаке вируса, клетки практически мгновенно обеспечат защитный иммунный ответ. Когда клетка делится, она еще и передает новый ген антитела всем своим потомкам. Таким образом, клетка не только «узнает» о вирусе кори, но и создает «память», наследуемую и распространяемую дочерними клетками. Эта удивительная генно-инженерная способность клетки имеет огромное значение, так как свидетельствует о врожденном «интеллектуальном» механизме клеточного развития.

Истоки живого: умные клетки становятся умнее

Не стоит удивляться, что клетки такие умные. Одноклеточные организмы были первыми формами жизни на этой планете. Ископаемые окаменелости свидетельствуют, что они существовали уже спустя 600 миллионов лет после возникновения Земли. И в последующие 2,75 миллиарда лет наш мир населяли исключительно свободноживущие одноклеточные организмы – бактерии, водоросли и амебоподобные простейшие.

Около 750 млн лет назад эти хитроумные клетки изобрели способ стать еще умней: именно тогда возникли первые многоклеточные организмы – растения и животные. Поначалу многоклеточные формы жизни представляли собой свободные сообщества, или «колонии» одноклеточных организмов. Первое время они насчитывали от десятков до сотен членов. Однако эволюционные преимущества совместной жизни вскоре привели к возникновению сообществ из миллионов, миллиардов и даже триллионов социально взаимодействующих клеток. И хотя отдельные клетки микроскопически малы, многоклеточные сообщества по своему размеру могут варьироваться от едва заметных до поистине гигантских. Биологи произвели классификацию таких организованных сообществ, основываясь на их наблюдаемой структуре. Но хотя невооруженным глазом они видны как некий целостный организм – мышь, собака, человек, по своей сути они представляют собой высокоорганизованные объединения миллионов и триллионов клеток.

Эволюционный толчок к разрастанию сообществ – это не что иное, как отражение биологического императива к выживанию. Чем более организм информирован о своем окружении, тем выше его шансы. Объединяясь друг с другом, клетки кардинально увеличивают свои знания о внешнем мире. Если каждой отдельной клетке условно приписать уровень информированности X, то потенциальная совокупная информированность колониального организма будет равняться как минимум X, умноженному на число входящих в него клеток.

Чтобы выжить в условиях такой высокой плотности заселения, клетки создали структурированные среды. Распределение функций, имевшее место в этих сложнейших сообществах, по своей эффективности намного превосходило все хитроумные организационные диаграммы сегодняшних больших корпораций. Оказалось, что в клеточном сообществе гораздо выгодней иметь специализированные клетки, предназначенные для выполнения конкретных задач. При развитии организма животных и растений такое распределение ролей начинает происходить еще на стадии зародыша. Процесс цитологической специализации дает возможность клеткам сформировать конкретные ткани и органы. Со временем такая дифференциация, т. е. распределение обязанностей между членами сообщества, оказалась запечатлена в генах каждой входящей в него клетки, что существенно увеличило общую эффективность организма и его способность к выживанию.

Например, в больших организмах лишь небольшое число клеток занимается считыванием сигналов из окружающей среды и реагированием на них. Эту роль взяли на себя группы специализированных клеток, образующие ткани и органы нервной системы. Функция нервной системы – воспринимать окружение и координировать поведение всех остальных клеток большого сообщества.

Распределение труда между клетками сообщества принесло дополнительные преимущества с точки зрения выживаемости. Благодаря ему большее количество клеток смогло осуществлять свою жизнедеятельность, тратя меньшее количество ресурсов. Вспомните старинную пословицу: «Вдвоем тратишь столько же, сколько в одиночку». Или сравните стоимость постройки отдельного трехкомнатного дома – и трехкомнатной квартиры в многоэтажном доме на сотню квартир. Чтобы выжить, каждая клетка должна затратить определенное количество энергии. Количество энергии, запасенное отдельными членами сообщества, с одной стороны, способствует выживанию, с другой – повышает качество жизни.

Возьмем для примера американский капитализм: здесь Генри Форд увидел тактические преимущества дифференцированного общественного труда и применил этот принцип на сборочных линиях своих автомобильных заводов. До Форда на сборку одного автомобиля уходил недельный труд небольшой бригады разносторонне обученных рабочих. Форд же поставил дело так, что каждый рабочий отвечал за одну конкретную операцию. Он разместил вереницей большое количество таких узкоспециализированных рабочих и обеспечил подачу изготовляемого изделия от одного к другому. Эффективность этого метода оказалась такой высокой, что вместо недели на сборку одного автомобиля у него уходило 90 минут.

Увы, мы почему-то предпочли «забыть» о необходимом для эволюции сотрудничестве, когда Чарльз Дарвин провозгласил совершенно иную теорию возникновения жизни. Сто пятьдесят лет тому назад он пришел к выводу, что живые существа вовлечены в непрекращающуюся «борьбу за существование». Для Дарвина борьба и насилие – не только часть человеческой (животной) природы, но и основные «движущие силы» эволюционного процесса. В заключительной главе своей книги «О происхождении видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» Дарвин писал о неизбежной «борьбе за существование» и о том, что источником эволюции явились «борьба в природе, голод и смерть». Прибавьте сюда его представление, что эволюция происходит случайным образом, и вы получите мир теннисоновских «кровавых зубов и когтей» – череду бессмысленных битв за выживание[10].

Эволюция без окровавленных когтей

Безусловно, Дарвин является самым известным эволюционистом, но впервые эволюция как научный факт была установлена французским биологом Жаном-Батистом Ламарком. Даже Эрнст Майр, ведущий архитектор «неодарвинизма» – усовершенствованной дарвинов ской теории, берущей на вооружение молекулярную генетику XX века, признает приоритет Ламарка. В своем классическом труде 1970 г. «Эволюция и разнообразие жизни» Майр писал: «Мне представляется, что у Ламарка гораздо больше прав претендовать на звание “основоположника теории эволюции”, каковым его и в самом деле почитает ряд французских историков… Он был первым, кто посвятил целую книгу изложению теории органической эволюции. Он первым представил всю систему животного мира как продукт эволюции».

Но Ламарк примечателен не только тем, что изложил свою теорию за пятьдесят лет до Дарвина. Он вдобавок предложил значительно менее жестокий вариант механизма эволюции. По теории Ламарка, в ее основе лежало «информативное» взаимодействие организмов со своим окружением, которое давало возможность различным формам жизни выживать и развиваться в динамичном мире. Ламарк полагал, что организмы адаптируются к условиям меняющегося окружения и передают по наследству приобретенные ими признаки. Интересно, что гипотеза Ламарка о механизмах эволюции согласуется с описанными выше современными представлениями клеточных биологов о том, как иммунная система приспосабливается к окружающей среде.

На теорию Ламарка тут же ополчилась церковь. Представление о том, что человек развился из низших форм жизни, было отвергнуто как еретическое. Ученые того времени также отвернулись от Ламарка – будучи креационистами, они попросту высмеяли его теории. Забвению ламарковской теории способствовал и немецкий биолог Август Вейсман. Он решил проверить, действительно ли организмы передают по наследству признаки, приобретенные в результате взаимодействия с окружающей средой, и удалял хвосты мужской и женской особям мышей, а затем скрещивал их. Вейсман полагал, что если теория Ламарка верна, то родительские особи должны передать свою «бесхвостость» последующим поколениям. Первое поколение мышей родилось с хвостами. Продолжив эксперимент, Вейсман получил еще 21 поколение мышей, но ни одна особь не родилась бесхвостой. Это привело его к выводу, что представления Ламарка о наследовании были ложны.

Но эксперимент Вейсмана не был настоящей проверкой теории Ламарка. Автор биографии Ламарка Л. Йорданова считает, что такие эволюционные изменения должны происходить в течение «чрезвычайно продолжительных периодов времени». В 1984 г. она написала, что теория Ламарка «опиралась на ряд положений», среди которых были «…законы, управляющие живыми существами, которые в течение чрезвычайно продолжительных периодов времени привели к возникновению все более их сложных форм». Пятилетний эксперимент Вейсмана был явно недостаточен для проверки этой теории. Еще более существенным изъяном этого эксперимента является то, что Ламарк никогда не утверждал, что любое изменение, претерпеваемое организмом, должно укореняться таким образом. Ламарк говорил, что организмы «ухватывают» те или иные признаки (например, наличие хвоста), когда они необходимы им для выживания. Быть может, по мнению Вейсмана, мышам хвосты и не нужны, но ведь никто и никогда не спрашивал мнения мышей на этот счет!

Несмотря на явные недостатки, исследование бесхвостых мышей способствовало подрыву репутации Ламарка. Фактически его теория была по большей части проигнорирована или даже демонизировалась. В своей книге «Эволюция эволюциониста» специалист по вопросам эволюции Конрад Уоддингтон из Корнельского университета писал: «Ламарк – одна из наиболее выдающихся фигур в истории биологии, чье имя стало едва ли не ругательным. Большинство ученых обречены на то, что их вклад в науку утратит свое значение, но очень мало найдется тех, чьи работы даже спустя два столетия отвергаются с таким негодованием, которое заставляет иного скептика заподозрить, что мы имеем здесь дело с чем-то вроде угрызений совести. Говоря откровенно, мне кажется, что Ламарка осудили отчасти несправедливо».

Уоддингтон написал эти пророческие слова много лет назад. Сегодня теории Ламарка подвергаются переоценке под давлением большого количества свидетельств новой науки, которые заставляют предположить: тот, кого мы традиционно хулим, не так уж и ошибался, а тот, кого мы привыкли превозносить, был не так уж непогрешим. Одним из признаков пробуждающейся «гласности» может служить заголовок статьи в престижном журнале Science[11]: «Не был ли Ламарк в чем-то прав?».

Одна из причин, по которой ряд ученых сегодня пересматривают свое отношение к Ламарку, состоит в том, что специалисты в области эволюции все чаще обращают внимание на огромную роль сотрудничества в поддержании жизни в биосфере. Ученым давно известно о симбиотических отношениях в природе. В своей книге «Чего не видел Дарвин» (Darwin’s Blind Spot) британский медик Фрэнк Райан описывает целый ряд ситуаций такого типа. Например, морских рачков, которые собирают пищу, когда рыбка гоби охраняет их от хищников, или рака-отшельника, несущего на своей раковине розовую анемону. «Рыбы и осьминоги были бы не прочь полакомиться раком-отшельником, но как только они к нему приближаются, анемона выбрасывает им навстречу свои ярко окрашенные щупальца, усеянные микроскопическими ядовитыми жалами, и заставляет горе-охотников поискать себе добычу где-нибудь в другом месте». Отношения эти выгодны и агрессивной анемоне: она питается объедками со стола рака-отшельника.

Однако сегодняшние представления о сотрудничестве в природе идут гораздо дальше этих легко наблюдаемых явлений. «Биологи начинают все больше приходить к пониманию, что живые организмы эволюционировали совместно с различными структурами микроорганизмов, необходимых им для поддержания здоровья и дальнейшего развития, и продолжают вести с ними совместное существование» – говорится в недавней статье из журнала Science, озаглавленной «“Маленькая” помощь наших маленьких друзей». Изучение подобных отношений представляет собой сегодня быстро развивающееся направление, получившее название «системной биологии».

По иронии судьбы, в последние десятилетия мы приучились вести войну против микроорганизмов всеми доступными средствами – от антибактериального мыла до антибиотиков. Но такой чересчур прямолинейный подход не учитывает тот факт, что многие бактерии необходимы для нашего здоровья. Классический пример того, как люди пользуются помощью микроорганизмов, – это бактерии в нашей пищеварительной системе, без которых мы попросту не смогли бы жить. Бактерии в желудочно-кишечном тракте помогают человеку переваривать пищу и делают возможным всасывание необходимых витаминов. Именно из-за такого сотрудничества безоглядное применение антибиотиков недопустимо. Антибиотики – это неразборчивые убийцы, они губят полезные бактерии точно так же, как и вредные.

Недавние исследования в области генетики обнаружили еще один механизм межвидового сотрудничества. Как выяснилось, живые организмы в полном смысле слова объединяют свои клеточные сообщества в одно целое, обмениваясь генами. Раньше считалось, что гены передаются исключительно потомкам конкретного организма в процессе продолжения рода. Сегодня же ученые пришли к выводу, что передача генов происходит не только между отдельными представителями одного и того же вида, но и между различными видами. Распространение генетической информации при помощи трансфера генов ускоряет эволюцию, так как теперь организмы могут воспользоваться опытом, «приобретенным» другими организмами. С учетом такого обмена генами организмы больше нельзя рассматривать как изолированные сущности – между видами не существует непроницаемых стен. Руководитель программы Министерства энергетики США по изучению генома микроорганизмов Дэниел Дрелл сказал в интервью журналу Science: «…теперь нам не так-то просто сказать, что такое вид».

В таком обмене информацией нет ничего неожиданного. Это обычный в природе метод увеличения жизнеспособности био сферы. Как мы уже говорили, гены – это физические носители памяти о приобретенном организмом опыте. Обнаруженный недавно обмен генами между различными особями распространяет эту память, способствуя выживанию всех организмов, составляющих сообщество живого. С другой стороны, такой внутри- и межвидовой генный обмен наглядно свидетельствует об опасностях генной инженерии. Например, игры с генами помидора могут отразиться не только на этом самом помидоре, но и непредсказуемым образом затронуть всю биосферу. Одно из недавних исследований показывает, что когда человек переваривает генетически модифицированную пищу, искусственно созданные гены попадают внутрь его кишечника и меняют характер присутствующей в нем полезной микрофлоры. Аналогичным образом трансфер генов между генетически модифицированными сельскохозяйственными культурами и соседствующими с ними природными видами приводит к созданию сверхустойчивых особей – «суперсорняков». Внедряя генетически модифицированные организмы в окружающую среду, генные инженеры никогда не принимали во внимание трансфер генов как реальность. Сегодня мы начинаем пожинать катастрофические плоды этой недальновидности, когда искусственно сконструированные гены распространяются бесконтрольно и изменяют природные организмы.

Новая Биология отбрасывает прочь пораженческий дух генетической и родительской предопределенности.

Специалисты по генетической эволюции предупреждают, что если мы не усвоим уроки, следующие из общности нашей генетической судьбы, – уроки, которые говорят о важности сотрудничества всех биологических видов, – то поставим под угрозу существование человечества. Нам необходимо перейти от дарвиновской теории, где ведущая роль принадлежит индивидууму, к теории, подчеркивающей значение сообществ. Британский ученый Тимоти Лентон приводит свидетельства, что эволюция в большей степени определяется межвидовым взаимодействием, нежели взаимодействием отдельных особей одного и того же вида. При таком рассмотрении эволюция становится вопросом выживания самых приспособленных групп, а не индивидуумов. В 1998 г. Лентон писал в журнале Nature, что «…нам необходимо принимать во внимание всю совокупность организмов и их материальное окружение, чтобы понять, какие из признаков склонны сохраняться и доминировать», а не сосредоточиваться на индивидуумах и их роли в эволюции.

Лентон говорит о своей приверженности предложенной Джеймсом Лавлоком теории Геи, согласно которой Земля и все обитающие на ней виды представляют собой единый организм. Сторонники данной гипотезы доказывают, что вмешательство в равновесие этого суперорганизма, будь то посредством уничтожения тропических лесов, разрушения озонового слоя или изменения организмов путем генной инженерии, может составлять угрозу для его (а значит, и нашего собственного!) благополучия.

Результаты недавних исследований, профинансированных британским Национальным советом по изучению природной среды, свидетельствуют о небеспочвенности этих опасений. В истории нашей планеты насчитывается пять массовых вымираний живых организмов, и все они были вызваны внеземными причинами, например столкновением Земли с кометой. Автор одного из недавних исследований заключает, что «мир природы переживает сегодня шестой, наиболее масштабный случай массового вымирания за свою историю». Однако причина на этот раз отнюдь не внеземная. Как пишет один из авторов процитированного выше исследования Джереми Томас: «Насколько мы можем судить, причиной теперь является один-единственный живой организм – человек».

Практические выводы из уроков клетки

За годы преподавания на медицинском факультете я пришел к выводу, что студенты-медики склонны к весьма жесткой конкуренции в образовательной сфере – к уда там юристам! В своем желании оказаться «наиболее приспособленными», чтобы после четырех изнурительных лет все-таки добраться до выпуска, они в полной мере воплощают дарвиновские принципы. Конечно, именно такая модель лучше всего описывает это самозабвенное стремление получить наивысшие оценки, расталкивая локтями товарищей. Но это стремление всегда казалось мне несколько странным для тех, кто готовится стать врачевателем, исполненным сострадания к людям.

Однако во время пребывания на острове мои стереотипы по поводу студентов-медиков пошатнулись. После моего воззвания эта незадачливая группа перестала вести себя подобно обычным студентам-медикам, отбросила прочь стратегию выживания сильнейшего и сплотилась в единую силу, в настоящую команду, что действительно помогло ей успешно завершить семестр. Более сильные студенты помогали слабым и благодаря этому сами становились еще сильней. Такая гармония и удивляла, и радовала одновременно.

В итоге все кончилось по-голливудски благополучно. В качестве заключительного экзамена я предложил своим студентам в точности те же задания, которые выполняют студенты в Висконсине. И эти «отверженные» справились нисколько не хуже, чем их «элитарные» коллеги в США. Позже многие из моих студентов рассказывали: когда они вернулись домой и встретились со сверстниками, которые заканчивали американские университеты, то с удовлетворением обнаружили, что более глубоко понимают принципы жизнедеятельности клеток и целых организмов.

Я был в восторге, что моим студентам удалось сотворить настоящее чудо, но лишь спустя годы понял, как именно они смогли этого достичь. Тогда мне казалось, что все дело в построении курса, хотя и сейчас считаю сопоставление биологии человека и клетки хорошим способом подачи материала. Но когда я вторгся в пределы, которые многими были сочтены территорией чудаковатого доктора Дулиттла, то понял, что успех моих студентов во многом объясняется именно отказом от поведения, принятого в среде их американских коллег. Вместо того чтобы копировать поведение умников-студентов, они действовали как умные клетки, которые объединились, чтобы стать еще умней. Нет, все-таки оставаясь в рамках традиционной науки, я не предлагал своим студентам учиться жить у клеток. Но мне доставляет удовольствие думать, что они двинулись в этом направлении интуитивно, после моих восторженных рассказов о способности клеток группироваться для формирования более сложных и совершенных организмов.

Тогда я не задумывался над этим, но сейчас считаю еще одной причиной успеха моих студентов не только мои похвалы в адрес клеток, но и мое одобрение самих студентов. Чтобы становиться образцовыми студентами, им требовались свидетельства, что их считают таковыми. В последующих главах я покажу – очень многие из нас живут ограниченной жизнью не потому, что иначе невозможно, а потому что думают, будто иначе невозможно. Но я забегаю вперед. Достаточно сказать, что после четырех месяцев в том раю и изложения своего курса, мои взгляды на клетки и уроки, которые они преподают людям, прояснились окончательно. Я оказался на прямом пути к пониманию Новой Биологии, отбрасывающей прочь пораженческий дух генетической и родительской предопределенности, равно как и дарвинизм с его выживанием сильнейших.

* * *

Только написав эту главу, я предпринял активные поиски в подтверждение догадки, что столь оклеветанному Жану-Батисту Ламарку должны наконец воздать должное за его понимание эволюции. Но будучи неисправимым оптимистом, в чем вы убедились, ознакомившись с написанным выше, я включил ссылку на статью с осторожным названием «Не был ли Ламарк в чем-то прав?». Счастлив доложить, что мой оптимизм подтвердился. Теперь найти сторонников Ламарка куда проще: они не только уверены в том, что он был прав «в чем-то», но считают его провидцем!

Почти через 200 лет после его смерти эпигенетические исследования стали одними из популярных областей науки. Они вновь и вновь подтверждают часто высмеиваемое убеждение Ламарка, что организмы приспосабливаются к среде и могут передавать обретенные свойства последующим поколениям. Такой решительный (без всяких вопросительных знаков) заголовок встретился мне очень скоро при подготовке юбилейного издания: «Возрождение ламаркизма (Рассвет эпигенетики)».

Разумеется, Ламарк (равно как и Дарвин) не имел никакого представления о молекулярной природе генов и их экспрессии в организме, поэтому я не скажу, что он был эпигенетиком. Для выявления тонких химических изменений ДНК и связанных с ней белков, которые позволили бы организмам приспосабливаться к среде и передавали бы приобретенные признаки без изменения структуры молекулы ДНК, современным исследователям требуются высокотехнологичные лаборатории. Теория Ламарка о наследовании приобретенных признаков – главная причина нападок на него – сегодня считается обоснованным механизмом наследования. Передовые исследования способствуют не только восстановлению его репутации, но и подрывают веру в генетический детерминизм. А это, как вам уже известно, одна из главных тем «Биологии веры» – гены, унаследованные нами от наших отцов и матерей, не определяют нашу судьбу!

Я вовсе не считаю, что во взглядах научного сообщества произошел сдвиг в сторону ламаркизма. Вопрос о механизмах, движущих эволюцию, все еще остается открытым. Например, когда теория «адаптивной мутации» с утверждением, что мутации происходят в ответ на особые стрессы, была впервые представлена вниманию ученых в 80-х годах молекулярным биологом доктором Джоном Кэрнсом, он был объявлен еретиком, а его теория остается спорной по сей день. Адаптивная мутация противоречит неодарвинизму, согласно которому наследственные изменения основаны на естественном отборе, описанном Дарвином как «борьба за жизнь сильнейших», а потом как «выживание наиболее приспособленных». (При всей своей привлекательности афоризм выживание наиболее приспособленных является тавтологией, очевидной истиной, непригодной для описания движущих сил эволюции. Наиболее приспособленный – означает «самый пригодный к выживанию», и само выражение можно перефразировать как «выживание самых пригодных к выживанию». С этим не поспоришь!)

Неодарвинизм относит мутацию к случайным копирующимся ошибкам в репликации генов. Если генетическая ошибка усиливает выживаемость организма – такая мутация выбирается для наследования. Таким образом, направление эволюционного развития случайно и непредсказуемо… какая тавтология! В ответ на давние вопросы «Как мы сюда попали?» и «Зачем мы здесь?» теория неодарвинистов заставляет нас поверить, будто несколько миллиардов лет мы эволюционировали благодаря «удачным» генетическим случайностям. Напротив, теория ламаркианцев подразумевает, что эволюционно-выгодные мутации возникают из-за «потребности» организма приспособиться к угрожающим жизни внешним стрессам. Поэтому они не случайны и в значительной мере предсказуемы с точки зрения окружающей среды.

Эти с виду скрытые научные споры важны потому, что адаптивные мутации подразумевают целенаправленность биологической эволюции – наличие цели и соответствия господствующим условиям окружающей среды, включающей в себя жизнь общества в целом. Полагаю, что со временем теория адаптивных мутаций одержит верх, и точка зрения, по которой сеть жизни и эволюционный процесс – это результат высокоорганизованного, симбиотического сотрудничества между всеми живыми организмами, получит больше сторонников.

Увлекательные исследования биолога и математика Мартина А. Новака, директора гарвардской Программы эволюционной динамики, уже говорят в пользу решающей роли сотрудничества в эволюции. Используя математическое и компьютерное моделирование, Новак разделил популяции на «кооператоров», принимающих помощь других, и «отступников», не поддерживающих других, даже после того, как они получили от них помощь. На материале нескольких тысяч научных публикаций о победе кооператоров (от бактерий до человеческих существ) в процессе эволюции Новак показал, что сценарии делятся на пять категорий.

К примеру, в одной категории, представляющей из себя «пространственный отбор», кооператоры и отступники неравномерно распределены среди популяции. В такой популяции с «пятнами кооператоров» отзывчивые люди объединяются и одерживают победу над отступниками. В другой категории «я почешу тебе спину, и кто-то почешет мою» – личность решает стать кооператором из-за репутации «человека в нужде». Он приводит пример японских макак: обезьяны с низким статусом, ухаживая за высокопоставленными, могут повысить свою репутацию (и получить более долгий груминг), когда их видят вместе с «начальством».

Новак обнаружил, что кооперация-отступничество действует на нескольких уровнях – человек одновременно может быть как кооператором, так и отступником. В качестве примера Новак приводит группу сотрудников фирмы, ведущих жесткую конкуренцию между собой с целью повышения по службе, но также и взаимодействующих друг с другом, чтобы превзойти другие фирмы. Такое понимание сложной природы кооперации-отступничества согласуется с принципами системной биологии – еще одной области науки, ставшей известной за последнее время и признающей тот факт, что наилучшее понимание биологии возможно только при изучении динамики взаимодействующих систем, а не узком изучении исключительно одной системы. Один из аргументов: в свое время медицина пыталась понять болезни сердца, сосредоточившись на его функциях и структуре. Однако фундаментальные прорывы в исследовании сердечных заболеваний стали очевидными, лишь когда функции сердца изучались при учете влияния других систем – нервной, нейроэндокринной, иммунной и пищеварительной.

Модели Новака также подтверждают наблюдения каждого, кто сокрушается о нынешнем печальном положении планеты, где кооперация «неустойчива как таковая»: существуют циклы, в которых побеждает отступничество. Впрочем, он сообщает и хорошие новости, что «дух альтруизма, похоже, всегда сам восстанавливается». Подытоживая открытые им факты, Новак заключает, что «жизнь – это не только борьба за выживание, но и умение уютно устроиться, чтобы выжить».

Сегодня, как никогда, нам нужно больше исследований по кооперативному умению именно так устроиться – в противном случае мы попадем в цикл отступничества, где уничтожим себя и саму планету. Ошибочно понимая под эволюцией непрерывную борьбу и поиск индивидуальной пригодности (измеряемый числом собственных «игрушек»), мы оказались сегодня у черты. Человеческая цивилизация купилась на предупреждение, сформулированное в подзаголовке книги Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых рас в борьбе за жизнь» – попросту говоря, жизнь, полную борьбы, где блага попадают к наиболее подготовленному, независимо от средств их достижений.

Согласно такому «научному» принципу, наименее генетически подготовленным достаются крохи… если вообще хоть что-то.

Такая ментальность привела нас к продолжительным войнам за материальные блага, к избыточному потреблению и нерациональному использованию ресурсов, а также растущему неравенству в распределении благ на явно нездоровой планете. Дарвиновский акцент на пригодность личности вычеркивает важность коллективного сотрудничества в эволюции.

Наши собственные тела – один из наиболее ярких участков, где мы оставляем без внимания важность сотрудничества между организмами. За десять лет после моего осуждения «войны с микроорганизмами во всем – от антибактериального мыла до антибиотиков» – появилась масса веских свидетельств об ущербе, понесенном нашими телами.

Дело в том, что сотни триллионов микробов-захватчиков, главным образом в желудке, совершенно необходимы для выживания, и их в десять раз больше, чем клеток в человеческом теле. Тело не может прожить без собственных микробов (называемых коллективно «микробиомом»), поэтому функционально они эквивалентны любому из наших жизненных органов. С учетом признания (запоздавшего) важности микробиома люди и большинство других животных сегодня правильно определяются как суперорганизмы (сложные организмы, состоящие из множества малых организмов). Кроме того, в 2007 г., после изрядно задержавшегося осознания этой важности, Национальные институты здравоохранения создали Проект микробиома человека. Работающие по нему ученые сообщали, что люди и животные формируют жизнеобеспечивающую связь с микробами своего кишечника. Они обнаружили, что гены человека влияют на генетику микробиома, а гены микробиома (что составляет 99 % уникальных генов в нашем теле!) управляют генами в наших клетках.

Коллективные достижения позволят нам восстановить планету, наш микробиом и все, что находится за его пределами.

В своей новой, бьющей тревогу книге «Пропавшие микробы: как чрезмерное применение антибиотиков приводит к нашим современным эпидемиям» директор Программы микробиома человека в Университете Нью-Йорка доктор Мартин Дж. Блейзер предостерегает не только о резистентности к антибиотикам, но и о снижении разнообразия микробиома человека, что повышает восприимчивость к хроническим расстройствам – от аллергии и астмы до диабета и ожирения. К примеру, в индустриально развитых странах количество больных диабетом I типа удваивается примерно каждые двадцать лет. По сравнению с 1950 г. в Финляндии таких больных стало больше на 550 %. Блейзер пишет, что современные эпидемии являются «не только заболеваниями, но также внешними знаками внутреннего изменения». Современные исследования показали, что «в других отношениях нормальные индивиды потеряли от 15 до 40 % микробного разнообразия и генов, его сопровождающих», главным образом из-за чрезмерного приема антибиотиков широкого спектра, убивающих микробы без разбора. В то же время Блейзер, тридцать лет изучавший микробы наших тел, называет их и 20 миллионов их генов «партизанами», помогающими нам сражаться с заболеванием.

В то время как Блейзер предупреждает о снижении разнообразия нашего микробиома, другие ученые с тревогой заявляют о снижении разнообразия планеты, где популяции животных и их видов уменьшаются с пугающей скоростью. Ученые из Стэнфорда, отслеживая разнообразие видов и размер популяции за разные периоды времени, пришли к выводу, что показатели вымирания были бы в тысячу раз ниже, если бы люди не загрязняли окружающую среду, не вырубали леса, не сеяли монокультуры и не стремились получать максимальные урожаи. Многие ученые-экологи считают, что мы перешли порог, за которым последует крупный экологический коллапс, и на планете вот-вот разразится шестое по счету массовое вымирание.

Экологам давно известно, что структура локализированных экологических систем, дойдя по критического порога, способна резко и необратимо смещаться от одного состояния к другому. Сегодня мы имеем свидетельства, что глобальная экосистема в целом может среагировать в похожей резкой форме, и фактически уже есть угроза такой реакции. Профессор из Отдела интегративной биологии Калифорнийского университета в Беркли Энтони Барноски, а также другие исследователи утверждают, что мы находимся в планетарном «переломном моменте», поскольку человеческая активность вынуждает Мать Землю запустить решительный и всемирный переворот. Недавнее исследование НАСА подтвердило опасение, что глобальная индустриальная цивилизация движется к своему краху в ближайшие десятилетия (т. е. скоро!).

Глобальные изменения климата происходят не по вине цивилизации (наша планета уже прошла через пять ледниковых периодов), однако наше поведение и технологии вызывают экологически стрессовые факторы, усугубляющие кризис, связанный с изменением климата. Процесс подъема и разрушения общества – циклический феномен нашей истории, и в отдельных случаях периоды упадка занимали несколько столетий. В то время как предыдущие подобные периоды затрагивали преимущественно локализованные человеческие системы – грядущий упадок уже оказал существенное глобальное воздействие на здоровье планеты.

Сегодня мы живем в эпоху, именуемую Антропоценом, само название которой указывает, что деятельность человека с беспрецедентным размахом вызывает массовые изменения в природном мире. Нет ни одного уголка на планете, от южной оконечности Атлантиды до пиков горы Эверест, которое бы не осталось незатронутым влиянием человека. К примеру, сжигая ископаемое топливо, мы оставляем следы в непосредственном окружении, но тонкая завеса земной атмосферы переносит его на все части земного шара. И это напоминает о следующем: (1) все мы связаны между собой; (2) все мы оставляем свои отпечатки; (3) поддерживающая нас Земля делает это до определенного предела. Сегодняшний глобальный кризис предупреждает, что мы должны прекратить использовать изобилие и жизненную силу нашего живого дома и начать воссоединять и чтить нашу планету, как это делали на протяжении столетий многие традиционные общества.

Веселая картина, нечего сказать! Но будучи неисправимым оптимистом, я предпочитаю рассматривать и положительные стороны жизнеспособности Природы. В 1883 г. серия извержений вулкана Кракатау в Индонезии привела к появлению новых вулканических островов. В 1960 г. лава, вытекавшая на одном из островов, уничтожила там все формы жизни и оставила в том виде, которое ученые назвали состоянием «полной стерилизации». Обзоры и наблюдения, контролирующие рост флоры и фауны за последние пятьдесят лет, обнаружили изобилие и невероятное разнообразие, процветающее с тех пор на этих «стерильных» островах. Пережив катастрофическое возмущение, цветущий и полный жизни рай острова стал еще прекраснее. Теперь он проявляет пластичность разнообразия, что повышает способность противостоять экологическому стрессу. Такой урок Природы хорошо характеризует старая поговорка: «Что нас не убивает, то делает сильнее».

Я также склоняюсь к тому факту, что сотрудничество организмов – не досадное исключение из закона эволюции, а напротив, одно из его причин, а также к тому, что люди (хотя подчас в это трудно поверить!) являются, по словам Новака, «сверхкооператорами». Благодаря общим усилиям, совместные достижения человеческой цивилизации доставили нас на Луну и за ее пределы. И я надеюсь, что коллективные достижения позволят нам восстановить планету, наш микробиом и все, что находится за его пределами. В конце концов, я сам стал свидетелем кардинальных позитивных изменений в группе моих студентов-медиков на Карибах. Избрав в качестве модели поведения сотрудничество, они сумели стать более человечными и, что более важно, сострадательными целителями.

Глава 2. Для особо непонятливых: все дело в среде!

Я никогда не забуду урок, полученный мной в 1967 г., когда на старших курсах учился клонировать стволовые клетки. Мне потребовались десятилетия, чтобы понять, какое огромное значение имеет эта на первый взгляд простая операция для моей работы, да и для всей жизни. Мой профессор, наставник и выдающийся ученый Ирв Кенигсберг одним из первых специалистов по клеточной биологии овладел ею. Он объяснил мне, что если клетки изучаемой культуры погибают, то в поисках причины необходимо прежде всего обращать внимание не на сами клетки, а на среду, в которой они находятся.

Профессор не отличался такой прямотой выражений, как руководитель избирательной кампании Билла Клинтона Джеймс Карвилл, благодаря которому на тех выборах едва ли не мантрой стала фраза «Для особо непонятливых: все дело в экономике!» Но клеточным биологам, ей-богу, стоило бы вывесить в своих лабораториях лозунг «Для особо непонятливых: все дело в среде!» – точно так же, как Джеймс Карвилл сделал в штаб-квартире Клинтона. Тогда это не было столь очевидно, но впоследствии я понял, что в совете Ирва Кенигсберга кроется ключ к пониманию природы живого. Раз за разом я все больше убеждался, насколько он был прозорлив. Стоило мне обеспечить своим клеткам здоровую среду – и они начинали благополучно расти. Если же условия были неоптимальными, рост приостанавливался. Как только я исправлял среду, «занемогшие» клетки снова приходили в себя.