Перерастая бога. Пособие для начинающих

На странице 153 изображены в виде схемы химические реакции, протекающие в одной из клеток вашего организма (а клеток у вас в общей сложности более 30 триллионов). Маленькие кружочки — это различные вещества. А соединяющие их линии — реакции между ними. Не забивайте себе голову пояснительными подписями. Но если помеченные ими химические процессы остановятся, вы умрете.

Теперь давайте поговорим только об одном из составляющих ваш организм веществ — о гемоглобине. Именно он придает крови красный цвет, а также играет жизненно важную роль в транспортировке кислорода от легких в любую точку тела, где тот нужен, — например, к бешено работающим мышцам лапы бросающегося гепарда или ноги удирающей газели. Прямо сейчас более шести тысяч миллионов миллионов миллионов молекул гемоглобина путешествует по волнам вашей крови.

В одной из своих предыдущих книг я вычислил (цифра получилась неправдоподобно высокой, но никто ее не опроверг), что каждую секунду в человеческом организме образуется четыреста миллионов миллионов новых молекул гемоглобина, в то время как разрушение старых протекает с такой же скоростью.

Сложность, повергающая в трепет. И опять нам кажется, что ей был необходим искусный проектировщик. И опять ничего подобного, как будет продемонстрировано в следующих главах. Это настоящий вызов, и, повторюсь в очередной раз, цель данной главы — показать, насколько он велик. Прежде чем набраться решимости отвечать на него.

Красота тоже бросает нам похожий вызов. Сверкающее великолепие павлиньего хвоста, достигаемое в основном за счет структурного окрашивания — иризации, — служит для привлечения самок. Мы могли бы даже сказать, что это красота ради красоты как таковой. Но красота бывает и «функциональной», полезной. Я нахожу красивыми воздушные лайнеры — из-за их обтекаемой формы. По этой же причине прекрасны и летящие птицы. И бегущие гепарды (хотя не думаю, чтобы газели придерживались того же мнения).

При чтении этой главы у вас могло возникнуть впечатление, будто живые «конструкции» совершенны. Не просто красивы, но и идеально соответствуют своей задаче, в чем бы та ни заключалась: видеть, менять расцветку, догонять добычу, убегать, чтобы не стать добычей, выглядеть в точности как кора дерева, выглядеть неотразимым в глазах самок павлина или что угодно еще. Должен вас разочаровать: если это и так, то лишь совсем чуть-чуть. Рассмотрев живых существ повнимательнее — а особенно заглянув к ним вовнутрь, — вы увидите изъяны, и очень показательные. Показывают они не что иное, как эволюционную историю. Они — именно то, чего меньше всего можно было бы ожидать, будь животные спроектированы кем-то разумным. А на самом деле кое-какие из этих недостатков свидетельствуют ровно о противоположном.

Некоторые виды рыб ведут донный образ жизни, и их тела имеют плоскую форму. Плоским можно быть двумя способами. Первый, очевидный путь — лечь на брюхо и сплющиться в направлении сверху вниз, чтобы тело раздалось в стороны. Именно так поступили скаты. Их можно представить себе как незадачливых акул, по которым проехался садовый каток. Однако камбалы и палтусы пошли другим путем. Они лежат на боку. Иногда на левом, иногда на правом. Но их никогда не увидеть лежащими на животе, подобно скатам.

Согласитесь, что лежать на боку, будучи рыбой, несподручно. Один из ваших глаз оказывается прижат ко дну и, прямо скажем, бесполезен. Перед скатами такая проблема не стоит: оба глаза находятся на верхней стороне их сплющенных голов и служат для зрения.

Так как же вышли из положения камбала и палтус? У них развился искореженный, перекосившийся череп, благодаря чему оба глаза направлены кверху и ни один не упирается в морское дно. Говоря «искореженный» и «перекосившийся», я нисколько не преувеличиваю (см. цветную вклейку 7). Ни один находящийся в здравом уме проектировщик не произвел бы подобного устройства. С конструкторской точки зрения оно лишено смысла, но вся эта достойная кисти Пикассо голова — не что иное, как живая летопись. В отличие от акулоподобных предков скатов, предки камбалообразных имели форму сельди — сплющенной с боков пластинки. Их левый глаз глядел влево, а правый — вправо. Симметрично один другому, как и предложил бы хороший дизайнер. Перейдя к донному образу жизни, эти рыбы, в отличие от проектировщика, не могли начать все с чистого листа. Так что им пришлось трансформировать то, что уже было. Вот откуда взялась их искривленная голова.

Или еще один знаменитый пример красноречивого изъяна — сетчатка наших с вами глаз. Она стоит задом наперед. И так у всех позвоночных. Я уже представлял вам ее в виде экрана из фотоэлементов. Светочувствительные клетки подключены к головному мозгу посредством нейронов. Целесообразно было бы подсоединить их так же, как это делается у головоногих моллюсков — например, осьминогов. У тех «провода», связывающие фотоэлементы с мозгом, отходят от задней стороны сетчатки, что выглядит вполне разумно.

Чего не скажешь об аналогичных проводах сетчатки позвоночных. Здесь светочувствительные клетки развернуты в противоположном направлении. Каждая смотрит в сторону от света. Так каким же образом проводам — нейронам, — отходящим от этих фотоэлементов, удается достичь головного мозга? Принимая информацию от светочувствительных клеток, они тянутся по всей сетчатке и сходятся на некоем округлом участке посреди ее, где погружаются в нее, пронизывают насквозь и держат путь назад, к мозгу (см. схему на обороте). Участок, где они углубляются в сетчатку, называется слепым пятном. Потому что — и тут нет ничего удивительного — оно вправду слепое. Какое смехотворное решение! Прославленный немецкий ученый Герман фон Гельмгольц (он был одновременно и врачом, и совершившим немалые открытия физиком) сказал однажды, что если бы какой-нибудь инженер принес ему глаз позвоночных в качестве своей разработки, то получил бы от ворот поворот. На самом же деле, хоть Гельмгольц и вправе был бы обойтись с изобретателем подобным образом, само изобретение работает совсем неплохо — как все мы можем видеть! Слой нервов, протянутых через поверхность сетчатки, тонок, и они достаточно прозрачны, чтобы пропускать свет.

Мой любимый пример неудачного устройства — возвратный гортанный нерв. Гортань — это голосовой аппарат, расположенный у нас в горле. От головного мозга к ней подведены два нерва, называемые гортанными. Один из них, верхний гортанный нерв, благоразумно идет прямиком от мозга к гортани. Другой же, возвратный гортанный нерв, чокнутый. Ответвившись от головного мозга, он спускается вниз по шее, проходит прямиком сквозь гортань (предполагаемую конечную цель своего маршрута) и направляется дальше, в грудную клетку. Там он описывает петлю вокруг одной из главных артерий, отходящих от сердца, а затем стремительно возвращается обратно по шее и в итоге завершает свой путь в гортани, где ему следовало бы остановиться еще по дороге вниз. В случае жирафа крюк получается изрядный. Мне довелось доподлинно в этом убедиться, когда я в одной телепередаче присутствовал при вскрытии жирафа — к несчастью, умершего в зоопарке.

И снова конструкция явно плоха, однако она становится совершенно понятной, если взглянуть на ее историю. Наши предки были рыбами. У рыб нет шеи. Рыбий эквивалент возвратного гортанного нерва никакой не возвратный. Он подведен к одной из жабр. Кратчайший путь от мозга к этой жабре пролегает за соответствующей артерией. И он совсем не окольный. Позже в ходе эволюционной истории, когда шея начала удлиняться, нерву пришлось делать незначительный крюк. По мере того как поколения сменяли друг друга, шея становилась все длиннее. И крюк тоже становился все более и более существенным. Эволюционные преобразования происходят таким образом (мы увидим это в следующей главе), что, даже сделавшись абсурдно большим у предков жирафа, нерв — вместо того чтобы полностью изменить маршрут и перескочить через артерию — просто продолжал увеличиваться. Проектировщику хватило бы один раз взглянуть, как он удаляется от гортани на многие дюймы вниз по длиннющей шее, чтобы воскликнуть: «Помилуйте, какая нелепость!» Гельмгольц опять-таки забраковал бы. Сходным образом дело обстоит и с канальцами, передающими сперму от яичек к половому члену. Вместо того чтобы идти по прямой, они заворачивают наверх в брюшную полость и огибают мочеточник. И этот выверт тоже обретает смысл только в контексте эволюции.

Я люблю выражение «история прописана в нас самих». Когда нам холодно, у нас появляются мурашки. Это потому, что наши предки были покрыты шерстью. Когда становилось холодно им, каждый их волосок поднимался, увеличивая слой удерживаемого шерстью воздуха и помогая сохранить тепло. Наши тела больше не покрыты шерстью с ног до головы. Однако маленькие мышцы, предназначенные для поднятия волос, остались. И они по-прежнему — без всякой пользы — реагируют на холод, вздыбливая несуществующую шерсть. Наша мохнатая история написана у нас на коже. Написана мурашками.

В завершение этой главы я хочу вернуться к гепардам и газелям. Если гепарда создал Бог, он, очевидно, приложил немало усилий, чтобы сконструировать превосходного убийцу: проворного, жестокого, зоркого, с острыми когтями и зубами, с мозгом, исполненным беспощадной решимости охотиться на газелей. Но, проектируя гепарда для истребления газелей, он вместе с тем занимался разработкой газели, мастерски умеющей убегать от гепардов. Обоих он сделал быстроногими — так чтобы в беге они были неудобными друг для друга противниками. Трудно не задаться вопросом: на чьей же стороне сам Бог? Как будто он хотел накалить страсти до предела. Может, он любит зрелищные виды спорта? Не будет ли ужасной мысль, что Богу доставляет удовольствие вид спасающей свою шкуру и охваченной ужасом газели, что ему нравится наблюдать, как гепард опрокидывает ее, а затем сдавливает ей горло, и она не может дышать? Или же он наслаждается, созерцая, как неудачливый на охоте гепард медленно умирает от голода в окружении своих жалобно скулящих детенышей?

Разумеется, у нас, атеистов, ни один из этих вопросов не вызывает затруднений — просто потому, что мы не верим ни в каких богов. Ничто не мешает нам испытывать сочувствие к смертельно напуганной газели или к голодающей самке гепарда и ее котятам. Но их жизненные обстоятельства не кажутся нам трудными для понимания. Они, как и все остальные явления живой природы, превосходно объясняются дарвиновской эволюцией путем естественного отбора. Мы увидим это в следующих трех главах.

Глава 8

Шаги навстречу невероятности

В предыдущей главе мы встретили немало животных, которые отличались великолепным строением тела, демонстрировали неизъяснимо совершенные цветовые узоры и производили несомненно искусные действия, способствуя тем самым своему выживанию. После каждого приведенного примера я спрашивал: не должен ли был существовать проектировщик, создатель — мудрое божество, придумавшее и воплотившее все это? Какая именно особенность описанных мною случаев — а подобные истории можно рассказать о любом из когда-либо живших животных и растений — заставляет людей думать, будто здесь не обошлось без творца? Ответ — невероятность, и теперь необходимо пояснить, что за смысл я вкладываю в это слово.

Называя какое-либо явление невероятным, мы подразумеваем, что оно вряд ли может возникнуть благодаря простой случайности. Встряхнув десять монет и бросив их на стол, вы будете удивлены, если все они выпадут орлом вверх. Такое возможно, но крайне маловероятно. (Те из вас, кто любит арифметику, могут попробовать вычислить, насколько именно маловероятно, ну а я удовольствуюсь этим «крайне».) Если повторить то же самое с сотней монет, то и тогда в принципе может выпасть сто орлов. Но это так крайне-крайне-крайне маловероятно, что вы заподозрите обман и будете правы. Я бы в подобной ситуации все поставил на то, что стал свидетелем какого-то фокуса.

В случае с монетами вычислить шансы того или иного конкретного исхода просто — ну или по крайней мере незамысловато. Когда же речь идет о таких вещах, как невероятность сердца гепарда или человеческого глаза, рассчитать их при помощи одной лишь арифметики уже не получится. Но мы можем утверждать, что невероятность эта очень, очень велика. Объекты, подобные глазу или сердцу, не появляются просто так, случайно. Именно из-за их невероятности и возникает соблазн решить, будто они были кем-то сконструированы. Моя задача в этой и последующих главах — показать, что такой ход мысли ошибочен. Никакого проектировщика не было. О чем бы мы ни говорили: о невероятности глаза или о невероятности творца, создавшего глаз, — от невероятности все равно никуда не деться. Чтобы решить проблему невероятных явлений, нужно какое-то другое объяснение. И это объяснение дал нам Чарльз Дарвин.

Аналогом подбрасывания монет применительно к живому организму было бы, наверное, случайное перемешивание составных частей, скажем, глаза. Тогда хрусталик мог бы очутиться не в передней части глаза, а в задней. Сетчатка — перед роговицей, а не позади хрусталика. Зрачок мог бы сужаться в темноте и расширяться от света, а не наоборот, как это было бы целесообразно. Или же расширяться при звуке трубы, а сужаться от запаха лука. Хрусталику, вместо того чтобы быть бесцветным и прозрачным, ничто не мешало бы оказаться черным как смоль и не пропускать ни капли света. Даже самих сетчатки или зрачка могло бы не появиться, займись мы перемешиванием их составных частей.

Или представьте себе случайным образом составленного гепарда. Все его четыре лапы могли бы оказаться с одной стороны — так чтобы он постоянно заваливался набок. Задние лапы могли бы быть развернутыми обратно и бежать в направлении, противоположном передним, а сам гепард, вместо того чтобы двигаться хоть куда-нибудь, стремился бы разорваться пополам. Сердце у него могло бы подсоединяться к трахее и качать не кровь, а воздух. Зубы — располагаться не в пасти, а на задней стороне тела. А у полностью перемешанного гепарда вообще не было бы ни сердца, ни лап, ни зубов. Он представлял бы собой взбитый мусс — однородное гепардовое пюре.

Это просто глупость, в чем вы, я уверен, отдаете себе отчет. Способов соединить между собой составные части гепарда — бесчисленное множество, лишь очень редкие представители которого смогли бы бегать. Или видеть. Или обонять. Или обзаводиться потомством. Или вообще оставаться в живых. Существует бесконечное множество способов соединить составные части хамелеона, и только ничтожно малая доля этого множества смогла бы выстрелить языком по насекомому. Абсолютно очевидно, что животные и растения не возникают по воле шального случая. Гепарды и газели, молниеносный язык хамелеона, хроматофоры, иридофоры и лейкофоры кальмара — каково бы ни было их объяснение, им не может быть случайность. Чем ни пытайся объяснить существование всех миллионов животных и растений, удачное совпадение здесь ни при чем. С этим не будет спорить никто. Так какова же альтернатива?

Тут, к сожалению, многие люди сразу же сбиваются с пути, единственной альтернативой слепому случаю считая проектировщика. Если вы тоже так думаете, то вы в хорошей компании. До того как в середине девятнадцатого века на сцену вышел Чарльз Дарвин, данной точки зрения придерживались практически все. Но она неправильна, неправильна, неправильна. И это не просто плохая альтернатива — это не альтернатива вообще.

Убедительнее всего упомянутый ошибочный аргумент был изложен преподобным Уильямом Пейли в его книге «Естественная теология», опубликованной в 1802 году. Представьте себе, предлагает нам архидьякон Пейли, будто, прогуливаясь по пустоши, вы споткнулись о камень. Он не произвел на вас никакого впечатления. Он просто оказался там и просто по случайности имеет свою неровную, неправильную, бугорчатую форму. Камень — это всего лишь камень. Он ничем не выделяется из множества прочих камней. А теперь, говорит Пейли, предположим, что вы наткнулись не на камень, а на часы.

Часы — штука сложная. Откройте их сзади — увидите множество шестеренок, пружинок и крохотных винтиков тончайшей работы. (Разумеется, в эпоху Пейли речь шла не о современных электронных наручных часах, а о механическом карманном хронометре с великолепно, мастерски отлаженным ходом.) И все эти собранные воедино миниатюрные детали совершают вместе некое полезное действие — в данном случае показывают время. В отличие от камня, часы не могли просто взять и появиться по воле случая. Они должны были быть осознанно сконструированы и собраны искусным часовщиком.

Понять, куда клонит Пейли, конечно же, нетрудно. Как для часов необходим часовщик, так и для глаза необходим глазовщик, для сердца — сердцовщик и так далее. Не исключено, что теперь аргументация Пейли кажется вам как никогда убедительной, что вам еще меньше хочется слушать, будто она неверна и никакой необходимости в боге-творце на самом деле нет.

Наши рассуждения о перемешивании составных частей показали, что, каким бы ни было объяснение восхитительной невероятности живых существ, она — никак не случайное совпадение. В том-то, собственно, и смысл слова «невероятность». Ну а теперь давайте придадим этой аргументации новый поворот — возможно, совсем небольшой, но очень важный: дарвиновский поворот. Пускай, вместо того чтобы беспорядочно перетасовывать куски гепарда, получая жуткое месиво, мы изменим только одну маленькую деталь — опять-таки случайным образом. Ключевая мысль здесь в том, что изменение будет очень малым. Допустим, гепард, родившийся с когтями чуть более длинными, чем были у предыдущего поколения. Теперь речь уже не идет об ужасающей однородной массе гепардового фарша. Перед нами по-прежнему нормальное живое, дышащее и бегающее существо. Оно претерпело случайное изменение, но лишь крайне незначительное. Однако вполне может статься, что это незначительное изменение слегка ухудшит способность нашего гепарда выживать. Или же, наоборот, улучшит. Скажем, благодаря удлиненным когтям животное будет прочнее цепляться за грунт и оттого бегать самую малость быстрее. Как атлет, обувший кроссовки с шипами. Таким образом, оно сумеет поймать газель, которой иначе удалось бы с большим трудом оторваться от погони. Или, допустим, эти когти помогут гепарду крепче удерживать добычу при захвате, и у той будет меньше шансов вырваться.

Откуда же у гепарда возьмутся слегка удлиненные когти? Где-то в его геноме имеется ген, влияющий на длину когтей. Любой детеныш наследует свои гены от родителей. Но мы сейчас ведем речь о новорожденном гепарде, один из генов которого — некий ген, воздействующий на когти, — не совсем таков, какова была его родительская копия. Этот ген, как говорят в подобных случаях, мутировал. Сам по себе мутационный процесс случаен и вовсе не направлен специально в сторону усовершенствования. В реальности мутантные гены по большей части даже вредны. Но некоторые, как в нашем примере с незначительным удлинением когтей, оказываются полезными. И тогда обладающие такими мутациями животные (или растения) с большей вероятностью смогут выжить и передать потомкам свои гены, в том числе и мутантные. Именно это Дарвин называл естественным отбором (хотя самого слова «мутация» он не употреблял).

Вследствие случайной мутации когти могут оказаться более тупыми и менее заостренными, чем обычно. И будут, по-видимому, менее подходящими для бега и для захвата добычи. Чем меньше изменение, тем вероятность того, что оно — к лучшему, ближе к 50 процентам. Чтобы понять почему, представьте себе, будто изменение огромно. Скажем, когти у мутанта — в целый фут длиной. Это неизбежно сделает гепарда менее успешным. Он будет спотыкаться о собственные чудовищные когти, ломающиеся при попытке что-либо схватить. То же самое окажется справедливым для любого крупного изменения в каком угодно направлении. Если лапы внезапно удлинятся до двух ярдов или укоротятся до каких-нибудь шести дюймов, такой гепард очень скоро погибнет. А теперь представим себе изменение — снова в каком угодно направлении, только на сей раз очень маленькое. Настолько маленькое, что на организм гепарда оно вообще почти никак не влияет. Подобное изменение едва ли скажется в ту или иную сторону на успешности животного. А крайне малое преобразование, воздействие которого будет почти — но не совсем — равным нулю, имеет приблизительно 50-процентные шансы оказаться усовершенствованием. Чем значительнее мутация, не важно, в какую сторону, тем возможнее, что она нанесет ущерб функционированию организма. Крупные мутации вредны. Мелкие мутации полезны с вероятностью, приближающейся к 50 процентам.

Дарвину удалось понять, что успешные мутации почти всегда малы. Однако в поле внимания исследователей обычно попадают крупные мутации — по той очевидной причине, что мелкие трудно обнаружить. И поскольку крупные мутационные преобразования — в любом направлении — практически без исключения вредны, некоторые люди усомнились в эволюции, полагая, будто любые мутации мешают выживанию. Быть может, действительно все мутации, достаточно заметные для того, чтобы их было удобно изучать в лаборатории, сказываются на выживании отрицательно. Но для эволюции важны мелкие мутации.

Дабы убедить своих читателей в могуществе отбора, Дарвин в первую очередь обратил их внимание на феномен одомашнивания. Люди преобразовали диких лошадей в десятки различных пород. Некоторые из этих пород — например, тяжеловозы или средневековые боевые кони — крупнее своих диких сородичей. Другие же — такие как шетлендский пони или фалабелла, — напротив, заметно мельче. Мы (в смысле, люди, наши предки) создали тяжеловозов, выбирая из поколения в поколение самых крупных особей для спаривания. Мы же создали породу фалабелла, отбирая самых мелких производителей. Из поколения в поколение мы видоизменяли волков, создав все существующие породы собак. Отбирая каждый раз самых крупных, мы произвели немецкого дога и ирландского волкодава. Неуклонно отбирая самых мелких, вывели чихуахуа и йоркширского терьера. Взяв в качестве исходного материала дикую капусту — заурядный, невзрачный полевой цветок, — мы создали брюссельскую, цветную и листовую капусту, брокколи, кольраби и математически изящную романеско (см. цветную вклейку 18–23). Все это было сделано людьми при помощи искусственного отбора. Крестьянам и садовникам, заводчикам собак и голубеводам возможности отбора были известны на протяжении многих столетий.

Однако Дарвина блестяще осенило, что без человека-селекционера можно обойтись. Природа сама сделает за него всю работу, чем она и занимается уже сотни миллионов лет. Некоторые мутантные гены помогают организмам выживать и размножаться. Эти гены распространяются в популяции. Другие же мутантные гены затрудняют выживание и размножение, становясь, таким образом, все более и более редкими, пока не исчезают из популяции окончательно. Чтобы превратить волка в гончую или в веймаранера, требуется каких-нибудь несколько веков. Только подумайте, сколько изменений можно произвести за миллион столетий. А с тех пор как наши рыбоподобные предки начали выползать из воды, столетий прошло уже три миллиона. Это чудовищная куча времени — огромная возможность для постепенных преобразований из поколения в поколение. Подчеркну еще раз: основная идея здесь в том, что удачные мутации должны быть хоть и случайными, но непременно мелкими. Мутантное животное отнюдь не представляет собой наобум составленную мешанину. Каждое случайное изменение лишь незначительно отличает его от предыдущего поколения.

Давайте вернемся к нашим гепардам и посмотрим, каким образом природа берет на себя обязанности фермера, садовника или заводчика. Обладающий мутантным геном детеныш вырастает, и его слегка удлиненные когти помогают ему бегать немножко быстрее. А значит, он ловит больше добычи, и, следовательно, его детеныши лучше питаются, имея больше шансов выжить и обзавестись собственным потомством. Некоторые из этих потомков — внуков нашего мутанта — унаследуют его мутантный ген, то есть и они, когда вырастут, будут иметь когти чуть-чуть длиннее среднего. В силу чего скорость бега у них тоже возрастет, и потому их потомство — правнуки исходного мутанта — снова окажется более многочисленным. И так далее. Как если бы селекционер целенаправленно отбирал самых быстроногих особей для разведения. Но только никакого селекционера нет. За него все делает выживание. Дальнейшее представить нетрудно. По мере того как поколения сменяют друг друга, мутировавший ген встречается в популяции все чаще и чаще. В конце концов наступает момент, когда этим геном обладает почти вся популяция гепардов. И все они бегают чуточку быстрее своих предков.

Теперь усиливается давление на газелей. Скорость их бега не вполне одинакова. Ни одна газель не может бежать так быстро, как гепард, но некоторые газели бегают быстрее прочих, и именно они чаще избегают опасности быть съеденными. Это увеличивает для них возможность выжить, чтобы оставить потомство. А их детенышам передаются гены быстрого бега. У генов медленного бега больше шансов очутиться в желудках гепардов, леопардов и львов и, следовательно, меньше шансов попасть в будущие поколения газелей. Если — снова благодаря случайному искажению какого-нибудь уже существующего гена — появится новый мутантный ген, помогающий газелям бегать быстрее, то он распространится в газельей популяции точно так же, как и вышеописанная мутация у гепардов. Это изменение может касаться формы копыт. Или анатомии сердца. Или быть глубоко запрятанным в тонкостях биохимии крови. Подробности здесь несущественны. Любой ген, каким угодно путем способствующий выживанию газелей, будет передан их потомству. Таким образом, этот ген, как и в случае с мутантным геном гепарда, в конечном итоге распространится в популяции и станет всеобщим. С течением поколений и гепарды, и газели — и охотники, и дичь — будут бегать немного быстрее. Тогда можно будет сказать, что и с теми и с другими произошло эволюционное изменение.

Я люблю метафору гонки вооружений. Разумеется, отдельно взятый гепард в буквальном смысле гонится за отдельно взятой газелью. Но это не гонка вооружений. Это просто гонка, которая довольно быстро завершается победой либо гепарда (прием пищи), либо газели (спасение). Гонки вооружений протекают медленнее: на эволюционной шкале времени, а не в масштабах жизни конкретных гепардов и газелей. Ведутся они между видами: газели против гепардов (а также львов, леопардов, гиен, гиеновидных собак). Результатом такой гонки, если смотреть на крупной эволюционной временнóй шкале, становится усовершенствование. Имеется в виду усовершенствование оснащения, необходимого для выживания: увеличение скорости бега у будущих поколений, улучшение строения ног, укрепление выносливости, оттачивание способности уворачиваться, повышение восприимчивости органов чувств, чтобы лучше отслеживать хищников или добычу, изменение биохимических свойств крови, позволяющее быстрее доставлять кислород к мышцам.

Здесь — точно так же, как и в нашей человеческой жизни, — ничто не достается даром. За усовершенствования приходится платить. Для увеличения скорости бега требуются более длинные ноги с менее массивными костями. Расплатой за это будет повышенная вероятность сломать ногу. Путем селекции люди вывели скаковые породы лошадей, бегающие с такой скоростью, какой естественному отбору никогда не удавалось добиться. Однако длинные и стройные ноги скаковых лошадей более подвержены переломам. Представьте себе, что произошло бы, если бы гонка вооружений, направленная против саблезубых тигров, заставила диких лошадей бегать со скоростью современных спортивных пород. В таком случае наиболее быстрым особям с их длинными ногами и тонкими костями легче удавалось бы убежать от хищника. Но в то же время они бы чаще ломали ноги, сразу становясь для тигров легкой добычей. Поэтому в реальности следует ожидать, что гонка вооружений приведет к компромиссу: дикие лошади будут бегать быстро, но все же медленнее скаковых пород, выведенных человеком. Так оно и вышло на самом деле. Нет ничего удивительного в том, что современные скаковые лошади действительно часто ломают ноги. После чего их, как это ни трагично, пристреливают.

Гонку вооружений сдерживают не только переломанные ноги и тому подобное. Важны и экономические ограничения. Производство мышц, необходимых для быстрого бега, обходится недешево. Мускулы создаются из пищи, которую можно было бы инвестировать во что-нибудь другое — например, в молоко для детенышей. Те гонки вооружений, что ведут между собой люди, тоже обременительны для экономики. Чем больше денег вкладываешь в бомбардировщики, тем меньше их останется на истребители. Не говоря уже о больницах и школах.

Давайте рассмотрим, какие экономические вычисления приходится делать растению — скажем, картофелю. Растение — хороший пример, поскольку в случае с газелью, гепардом или лошадью можно поддаться искушению и подумать (ошибочно), будто они производят расчеты в собственной голове, но всерьез представлять себе растение, занимающееся арифметикой, не станет никто. А об осознанных вычислениях речь сейчас ни в коем случае не идет. Нечто аналогичное им проводит естественный отбор на протяжении многих поколений. Итак, вернемся к картофелю. Он имеет в своем распоряжении ограниченную сумму «денег». Под деньгами здесь понимается энергия, получаемая в конечном итоге от солнца, которая обращается в такую валюту, как сахар, и зачастую запасается в виде крахмала — допустим, в картофельном клубне. Растению необходимо потратить некоторое количество своих средств на листья (чтобы улавливать солнечный свет и зарабатывать больше). Что-то придется израсходовать на корни (ради добычи воды и минералов). Что-то — на подземные клубни (финансовые сбережения на будущий год). А какую-то сумму выделить на цветки (привлекающие насекомых, чтобы переносить пыльцу на другие растения картофеля и распространять гены — в том числе гены разумного расходования средств). Картофель, ошибшийся в своих «вычислениях» — к примеру, сделавший недостаточно запасов в клубневой копилке, — будет менее успешен в передаче своих генов потомству. Из поколения в поколение растения, производящие неправильные расчеты, становятся в популяции все малочисленнее. А это значит, что все более малочисленными становятся те гены, которые отвечают за ошибочные финансовые выкладки. Так называемый генофонд популяции постепенно заполняется генами хороших экономических решений.

Теперь, уяснив себе на примере картофеля, что осознанные вычисления тут ни при чем, мы можем спокойно вернуться к газелям и поговорить о том, как приходится уравновешивать свои расходы им. В деталях это будет отличаться, но основные принципы все те же. Газелям следует остерегаться гепардов и львов. Им необходимо испытывать страх. Им необходимо смотреть во все глаза. А также нюхать «во весь нос» — они нередко обнаруживают опасность при помощи обоняния. Однако, и это существенный момент, также им приходится тратить много времени на еду. В пересчете на массу растительная пища менее сытна, чем мясная, поэтому травоядным животным — тем, кто, подобно газели или корове, питается исключительно растениями, — есть нужно практически постоянно. Чересчур пугливая газель, то и дело пускающаяся наутек при малейшем намеке на опасность, не будет успевать наедаться. На африканских равнинах иногда можно наблюдать, как антилопы и зебры щиплют травку прямо перед носом у львов, которых прекрасно видят. Они постоянно начеку, чтобы не прозевать, если львы вдруг изъявят намерение поохотиться. И тем не менее продолжают пастись. Естественный отбор, действуя в течение многих поколений, добился тонкого равновесия между излишней (грозящей недоеданием) и недостаточной (грозящей съедением) пугливостью.

Эволюция состоит в изменении численного соотношения генов в популяции. Видимые нам внешние преобразования совершаются на протяжении многих поколений и касаются строения организмов и их поведения. Но на самом-то деле просто одни гены становятся в популяции более многочисленными, а другие — менее. Удастся или не удастся им выжить, напрямую зависит от оказываемых ими воздействий на организмы и их поведение, причем мы с вами видим лишь немногие из этих воздействий. И речь здесь не только о гепардах с газелями и зебрах со львами. Хамелеоны и кальмары, кенгуру и какапо, буйволы и бабочки, буки и бактерии, каждый гриб и каждый микроорганизм — все они содержат в себе гены, которые помогали непрерывной цепочке предков выживать и передавать те самые гены дальше.

И вы, и я, и наш премьер-министр, и ваша кошка, и птицы, поющие у вас за окном, — каждый из нас может оглянуться в прошлое и с гордостью заявить: «Ни один из моих предков не погиб в юном возрасте». Много кого постигла ранняя смерть, но предками стали не они. Никто из ваших предков не упал со скалы, не был съеден львом и не умер от рака, прежде чем успел произвести хотя бы одного потомка. Разумеется, если подумать, это очевидно. Но это действительно очень, очень важно. Отсюда следует, что все мы, все до единого — каждое животное, растение, гриб и бактерия — несем внутри себя гены хорошего умения выживать и становиться предками.

Конкретные частности, составляющие наше умение выживать, разнятся от вида к виду. Для гепарда это умение бегать на короткие дистанции, для волка — на длинные, для травы — эффективно улавливать солнечный свет и не слишком страдать по поводу своих верхушек, если их отщипнет корова (или газонокосилка), для коровы — хорошо переваривать траву, для ястреба — свободно парить и высматривать добычу, для крота и трубкозуба — ловко копать землю. Для всех живых существ — придерживаться правильных экономических расчетов. А значит, добросовестно делать многие тысячи дел, свершающихся в каждом углу и закоулке организма, в каждой из миллиардов его клеток. Подробности могут быть очень разными, но одно неизменно для всех. Всё это варианты хорошего умения передавать свои гены будущим поколениям — гены, которые помогут потомкам выжить и передать те же самые гены еще дальше. Всё — лишь различающиеся многочисленными деталями способы одного и того же: выживания и передачи генов.

Мы с вами сошлись в том, что глаз или любой другой сложно устроенный орган (как часы в рассуждении Пейли) слишком невероятен, чтобы возникнуть просто так, по воле случая (подобно камню у Пейли). Столь превосходный зрительный прибор, как человеческий глаз, не мог появиться спонтанно. Это было бы слишком неправдоподобно — как подбросить одновременно сто монет, чтобы все они выпали орлом. Однако великолепный глаз мог возникнуть благодаря случайному изменению чуть-чуть менее великолепного глаза. А тот чуть-чуть менее великолепный глаз — произойти от еще менее прекрасного. И так далее назад, вплоть до глаза действительно никуда не годного. Ведь даже самый-самый никудышный глаз лучше, чем полное отсутствие глаза. С ним вы сможете отличить день от ночи, а не исключено, что и заметить нависшую тень хищника. То же самое будет справедливо не только для глаз, но и для ног, и для сердец, и для языков, и для перьев, и для волос, и для листьев. Все, что касается живых существ, сколь бы невероятным оно ни было — пусть таким же невероятным, как часы в примере, приведенном Пейли, — теперь поддается пониманию. Какую деталь живого ни рассматривай, она не возникала целиком и сразу. Возникла она из похожей детали, в свою очередь мало отличавшейся от предшественницы. Невероятность рассеется как дым, когда вы увидите, что она накапливалась постепенно, украдкой, крошечными шажками, каждый из которых вносил только совсем небольшое изменение. И результат самого первого шажка вполне мог быть не слишком впечатляющим.

Невероятные объекты не появляются на свет внезапно. Как я уже говорил, в этом и состоит само понятие невероятности. Пейли был прав насчет часов. Часы не могут возникать непроизвольно — им нужен часовщик. Часовщики тоже не появляются спонтанно. Они рождаются в виде сложно устроенных младенцев — человеческих детенышей, которые вырастают во взрослых людей, обладающих человеческими руками и мозгом и способных овладеть сложным ремеслом вроде профессии часовщика. Человеческие руки и мозг возникли путем плавной эволюции из рук и мозга, принадлежавших нашим предкам-обезьянам, произошедшим вследствие постепенных, медленных, невыносимо медленных шажков от предков, напоминавших землеройку, а те, в свою очередь, — от предков, похожих на рыб, и так далее. Этот процесс неизменно шел плавно, медленно, и в нем никогда не было ничего внезапного, невероятного, ничего подобного часам, возникающим вдруг ни с того ни с сего на ровном месте.

Проектировщики — точно так же, как и часы — сами нуждаются в объяснении. У часовщиков такое объяснение есть: они родились от женщины, а прежде того сформировались в ходе медленной постепенной эволюции через очень длинный ряд предков. Сходным образом объясняется и все живое вообще. Так какое же место отводится здесь Богу — предполагаемому творцу всего на свете? Если слишком глубоко не задумываться, то он выглядит хорошим объяснением для существования таких невероятных вещей, как хамелеоны, гепарды и часовщики. Но если поразмыслить более тщательно, то можно сообразить, что сам Господь куда невероятнее часов Уильяма Пейли. Нечто достаточно умное и сложное для того, чтобы уметь проектировать, должно было появиться только на поздних этапах развития Вселенной. Что-либо устроенное так замысловато, как часовщик, может быть лишь конечным результатом долгого и медленного подъема из первоначальной простоты. Пейли полагал, будто своим рассуждением о часовщике он подтверждает существование Бога. Однако эта аргументация, если ее как следует обдумать, действует ровно наоборот: не доказывает существование Бога, а опровергает! Пейли и не подозревал, что своими красноречием и убедительностью он только пилит сук, на котором сидит.

Глава 9

Кристаллы и пазлы

Давайте вернемся к часам архидьякона Пейли и приглядимся повнимательнее, чем же они отличаются от камня. Оба предмета можно подвергнуть нашей проверке перемешиванием. Если взять некий конкретный камень и тысячекратно перетасовать его составные части, то потребуется очень большая удача, чтобы снова получить в точности тот же самый камень. Тут мы могли бы сказать, что камень столь же невероятен, сколь и часы. Однако все эти случайным образом составленные камни так и останутся просто камнями — ни один из них не будет представлять собой чего-либо особенного. С часами же все иначе. Перемешав их детали тысячу раз, вы получите тысячу случайных беспорядочных кучек. Но ни одна из этих кучек не станет ни показывать время, ни вообще совершать какое бы то ни было полезное действие (ну разве что вам нелепо повезет). Они даже не будут красивыми. Вот тут-то и заключается принципиальное отличие часов от камня. Оба эти предмета одинаково невероятны в том смысле, что представляют собой уникальное сочетание составных частей, которое не может «возникнуть» просто так, по чистой случайности. Тем не менее часы уникальны и еще в одном, более интересном отношении, выделяющем их из массы наугад составленных комбинаций: они делают нечто полезное — показывают время. Камням же подобная уникальность не свойственна. Ни один из тысяч наудачу составленных камней ничем не будет примечательнее других. Все это просто камни. Но из тысяч возможных способов соединить между собой детали часов только один даст часы. Только один сообщит нам, который нынче час.

Ну а теперь представьте себе, что, прогуливаясь по пустоши в компании архидьякона Пейли, вы ушибли палец ноги вот о такую штуковину.

Фото и образец предоставлены Карлесом Милланом (Carles Millan)

Удовольствовались бы вы заявлением, что она «просто появилась», как камень в рассуждениях Пейли? Не думаю. Подозреваю, вам — а уж Пейли и подавно — захотелось бы увидеть здесь тщательную работу творца, художника. В какой-нибудь шикарной галерее искусств этот предмет смотрелся бы вполне на своем месте, не правда ли? Отполированные до блеска кубики кажутся такими совершенными и с таким вкусом вмонтированными в основание из грубого булыжника. Для меня было откровением узнать, что столь прекрасные объекты никто не изготавливал. Они просто возникли. В точности как камень из примера Пейли. Собственно говоря, они и есть разновидность камня.

Это кристаллы. Кристаллы растут сами по себе, спонтанно. Вырастая, некоторые из них приобретают точную геометрическую форму, выглядящую, как это ни ошеломительно, будто она вышла из-под руки настоящего мастера. В данном случае речь идет о кристаллах дисульфида железа. Существуют и многие другие, тоже красивые кристаллы, самопроизвольно формирующиеся из различных химических веществ. Некоторые — алмазы, рубины, сапфиры, изумруды — красивы настолько, что стоят баснословных денег, а люди вешают их себе на шею или носят на пальцах.

Повторюсь: ничей резец не высекал эту прекрасную «скульптуру» из дисульфида железа. Она просто появилась. Выросла сама. Как все кристаллы. Кристаллы дисульфида железа называют пиритом или железным колчеданом, а иногда — золотом дураков. Люди, находившие их, бывали одурачены их блестящей окраской и, думая, будто это настоящее золото, прыгали от радости, чтобы затем увидеть горькое крушение своих надежд.

Кристаллы обладают приятной на вид, геометрически точной формой, непосредственно обусловленной расположением атомов. Так, вода, когда достаточно охладится, кристаллизуется, превращаясь в лед. При этом ее молекулы располагаются строго упорядоченно по отношению друг к другу. Подобно солдатам на параде, с той лишь разницей, что таких «солдат» даже в небольшом кристалле насчитываются многие миллиарды: одна шеренга за другой тянутся вдаль во всех направлениях. И, в отличие от солдат, ко «всем направлениям» здесь относятся также направления вверх и вниз. Этот трехмерный парад молекул называется кристаллической решеткой. Алмазы и прочие драгоценные камни также представляют собой кристаллы, и кристаллическая решетка каждого из них имеет свою особую структуру. Скалы, камни и песок тоже образованы кристаллами, но зачастую такими маленькими и столь плотно упакованными, что разглядеть их по отдельности не так-то просто.

Формируются кристаллы и иным путем: из растворенного вещества — чаще всего в воде, которая затем испаряется. Вы легко можете провести опыт с обычной столовой солью, хлоридом натрия. Вскипятите в воде полную чашку соли и оставьте получившийся раствор выпариваться в большой неглубокой тарелке. Через несколько дней вы увидите, как в воде образуются новые кристаллы соли. Они могут иметь кубическую форму, как у железного колчедана, или же образовывать из кубиков более сложные структуры, выглядящие наподобие четырехугольных пирамид (зиккуратов). Происходит это потому, что атомы натрия и хлора распознают друг друга и берутся за руки. Правильное название такого «сцепления рук» — химическая связь. (Строго говоря, в данном случае речь идет не об атомах, а об ионах — хлорид-ионах и ионах натрия, но сейчас для нас эта разница несущественна.) Итак, кристаллы растут следующим образом. Ионы натрия и хлора, плавающие в воде поблизости от уже имеющегося кристалла, случайно натыкаются на него. Они узнают ионы натрия и хлорид-ионы, расположенные на внешней поверхности кристалла, и связываются с ними, в результате чего кристалл увеличивается. Причина, почему грани кристаллов обыкновенной соли квадратные, состоит в том, что «руки», которыми ионы хватаются друг за друга, располагаются под прямым углом. Кристалл приобретает свою форму благодаря прямоугольному построению «солдат на параде». Не у всех кристаллов квадратные грани, и вы, вероятно, уже догадываетесь, по какой причине. Их «руки» торчат под другими углами, которые и определяют угол выстраивания «солдат». Вот почему, например, кристаллы флюорита имеют форму октаэдра — восьмигранника.

Кристалл может представлять собой цельный камень, имеющий изящную геометрическую форму куба или октаэдра. Но иногда мелкие кристаллы объединяются в более замысловатые структуры. По внутреннему строению каждого из «кирпичиков», составляющих такие «здания», можно судить о способе построения «солдат» на «плацу». Однако сами «здания» организованы сложнее. Возьмем, к примеру, снежинки. Вам, возможно, уже приходилось где-нибудь читать о том, что двух одинаковых снежинок не бывает. У образующих лед молекул воды число «рук», которыми они сцепляются друг с другом, — шесть, и потому естественная форма каждого крошечного кристалла льда шестиугольная. Но снежинка образована не одним таким кристалликом. Она — «строение», состоящее из множества миниатюрных шестисторонних «кирпичиков». Можно заметить, что шестиугольная схема лежит в основе конструкции не только самих этих «кирпичиков», но и здания как такового. Каждая снежинка обладает шестилучевой симметрией (на прилежащей иллюстрации представлено несколько образцов). Но все они различны, и некоторые очень красивы.

Стоит задаться вопросом, почему каждая снежинка уникальна. Дело в том, что у каждой своя особая история. В отличие от кристаллов соли, нарастающих снаружи из жидкого водного раствора, снежинки растут, падая сквозь облака водяного пара — присоединяя крошечные кристаллики льда также к наружной стороне своего «здания». Растут они двумя способами. Какой именно будет преобладать, зависит от «микроклимата» на каждом мельчайшем участке пути сквозь облако. Изменения этого микроклимата касаются как температуры, так и влажности. Проходя через облако, снежинка встречается с множеством различных сочетаний обоих параметров — с уникальной последовательностью ежесекундных колебаний влажности и температуры. Таким образом, «здание» строится по индивидуальному проекту, и каждая отдельная снежинка приобретает в конце концов свою неповторимую форму. Она — своеобразный отпечаток пальца подробной истории[42].

Что же делает снежинки красивыми? Это, как и в случае с картинками в калейдоскопе, их симметрия. Все шесть сторон, все шесть углов, все шесть вершин или наборов вершин симметричны друг другу. А почему они симметричны? Потому что снежинка мала и все ее «строящиеся» части проходят через один и тот же «исторический опыт» изменений влажности и температуры. Кстати говоря, хотя все снежинки уникальны, некоторые из них менее красивы, чем другие. Но на картинках в книжках изображаются красивые.

Будь мы хуже осведомлены, мы могли бы подумать: «Смотри-ка, снежинки так прекрасны, и каждая — неповторима. Они должны были быть созданы гениальным творцом с неиссякаемой фантазией, способным выдумать все это множество миллионов различных моделей». Однако, как мы только что выяснили, если проводить аналогию с рассуждениями Пейли, снежинки и прочие красивые кристаллы похожи не на часы, а на камень. Наука дает нам полное и исчерпывающее объяснение красивой и сложной симметрии снежинок, отвечая в том числе и на вопрос, почему все они уникальны. Подобно камню у Пейли, они «просто появились». Процесс, когда молекулы — или вообще какие бы то ни было объекты — спонтанно складываются в столь специфические структуры, «возникающие просто так», называется самосборкой. Думаю, вы можете догадаться почему. Как мы вскоре увидим, самосборка играет важную роль в живых организмах. Настоящая глава посвящена самосборке в биологии.

Мой любимый пример живых самособирающихся объектов — это вирус, бактериофаг лямбда. Полюбуйтесь в интернете его строением. Все вирусы паразиты, а бактериофаги, как можно понять из их названия, паразитируют на бактериях. Вы, вероятно, согласитесь, что внешне он напоминает лунный модуль. Да и ведет себя похоже: приземляется на поверхность бактерии, твердо вставая на свои «ножки». Затем пробивает отверстие в клеточной стенке жертвы и впрыскивает ей свой генетический материал — свою ДНК — при помощи «хвоста» (который скорее следовало бы назвать шприцем), расположенного у него по центру. Имеющееся внутри бактерии машинное оборудование не способно отличить вирусную ДНК от своей собственной и вынуждено повиноваться содержащимся в ней инструкциям. А те велят производить множество новых вирусов, впоследствии вырывающихся наружу, чтобы приземлиться на поверхность других бактерий и тоже заразить их. Но нам с вами в данном случае интересно то, что «тело» вируса образуется путем самосборки, как кристалл. Или как некая совокупность кристаллов. Его головка действительно выглядит таким кристаллом, какой можно было бы повесить на шею (не будь он столь неимоверно мал). И она, и все прочие части вируса формируются точно тем же способом — самостоятельно, из молекул, дрейфующих внутри бактерии и занимающих свободные места на уже существующем растущем кристалле.

Заведя разговор о кристаллах, я использовал такие образы, как «солдаты на параде» и «сцепление рук». Теперь же нам понадобится несколько иная метафора — а именно пазл. Растущий кристалл можно уподобить недоделанному пазлу, который тоже иногда растет из середины, по мере того как недостающие кусочки добавляются по краям. Но в отличие от обычного плоского пазла, лежащего на столе, кристалл — пазл трехмерный.

В жидкости, окружающей этот неоконченный пазл, плавают тысячи его деталей — скажем, ионы натрия и хлора в водном растворе. Всякий раз, когда какая-нибудь деталь натыкается на кристалл, она отыскивает «отверстие» нужной формы и встраивается туда. Итак, вот еще один способ описать наращивание кристаллов снаружи. А сейчас мы воспользуемся сравнением с пазлами, чтобы поговорить о процессах, идущих в живых организмах. В частности, посмотрим, как работают ферменты. Чуть позже я расскажу вам, что это такое.

Помните приведенную в главе 7 схему химических реакций в клетке: чудовищно запутанный «транспортный узел» из стрелок и кружков? Вам, возможно, любопытно, каким образом все эти разнообразные реакции могут протекать в одном и том же крошечном объеме — внутри одной и той же клетки, — не мешая друг другу и не перепутываясь. Представьте себе, что вы пришли в химическую лабораторию, похватали все пузырьки с полок и разом опрокинули их содержимое в здоровенный бак. Вы получили бы отвратительное месиво и, вероятно, запустили бы множество жутких реакций, даже взрывов. Однако в клетках живых существ многочисленные химические реагенты каким-то образом хранятся по отдельности, не мешая друг другу. Почему они не взаимодействуют все без разбора? Можно подумать, каждый из них находится в своей особой бутылке. Но это не так. В чем же дело?

Отчасти в том, что внутреннее содержимое клетки — отнюдь не простой бак. Оно заполнено сложной системой мембран, выполняющих во многом ту же функцию, что и стеклянные стенки пробирок. Но это еще не весь ответ, и другая его часть куда интереснее. Вот тут-то и настало время вспомнить о ферментах. Ферменты — катализаторы. Катализатором называют вещество, которое ускоряет некую химическую реакцию, само при этом не меняясь. Что-то вроде проворного миниатюрного лаборанта. Иногда катализаторы увеличивают скорость реакции в миллионы раз, и особенно хорошо это умеют делать ферменты. Все перемешанные в клетке химикаты реагируют друг с другом только в присутствии катализатора — для каждой реакции своего. Та или иная реакция запускается именно тогда, когда она нужна, путем добавления соответствующего фермента. Можно представить фермент как своеобразный тумблер, у которого есть положения «вкл» и «выкл», — практически как электрический выключатель. Наличие в клетке строго определенного фермента запускает только одну, строго определенную реакцию, этим ферментом контролируемую. Более того, бывают ферменты, служащие «выключателями» (или «включателями») для других ферментов. Только представьте себе, какие изящные системы регулирования можно выстроить с такими переключателями переключателей.

Механизм работы ферментов нам известен — по крайней мере, в общих чертах. Именно здесь будет уместно сравнение с пазлами. Вообразите, будто все молекулы, сотнями бултыхающиеся внутри клетки, — это кусочки пазла. Молекуле X необходимо найти молекулу Y, чтобы соединиться с ней и получить вещество XY. Сочетание X с Y — только одна из сотен жизненно важных химических реакций, представленных на диаграмме, напоминающей клубок спагетти, которую мы видели в главе 7. Существует некая вероятность, что X случайно столкнется с Y. Существует для них и другая, меньшая, вероятность — столкнуться строго под нужным углом, дабы попасть в соответствующие пазы и объединиться. Происходит это настолько редко, что скорость образования XY крайне низка — до такой степени, что, если предоставить дело только случаю, искомого вещества нам не получить никогда. (Тут мне вспоминается самый первый отчет о моем пребывании в школе, когда мне было семь лет: «У Докинза есть только три скорости: „медленно“, „очень медленно“ и „стоп“».) Но существует специальный фермент, чья работа заключается в том, чтобы процесс объединения X с Y шел быстрее. И в случае многих ферментов «быстрее» — это еще слабо сказано. Причем здесь тоже используется принцип пазла.

Молекула фермента представляет собой громадный ком, вся поверхность которого покрыта выступами и впадинами. «Громадный» он, ясное дело, лишь по молекулярным стандартам. По тем меркам, что мы привыкли использовать в повседневной жизни, он крохотный — слишком мелкий, чтобы его можно было увидеть в световой микроскоп. Возьмем в качестве конкретного примера фермент, ускоряющий уже знакомую нам «реакцию XY». Среди имеющихся на его поверхности углублений есть ямка в форме молекулы X, расположенная как раз возле ямки в форме молекулы Y. Вот почему этот фермент — такой хороший «лаборант», обладающий специфическим умением ускорять объединение X с Y. Молекула X попадает, как кусочек пазла, во впадину формы X. А молекула Y — тоже как кусочек пазла — занимает соответствующую ей впадину. И поскольку две эти впадины располагаются по соседству и именно в нужной позиции, молекулы X и Y оказываются прижатыми друг к другу под удобным для взаимодействия углом. Получившееся соединение XY затем высвобождается и уплывает вглубь клетки, давая двум ямкам, имеющим столь точную форму, возможность проделать то же самое с другими молекулами X и Y. Таким образом, молекулу данного фермента можно представить себе не только как лаборанта, но и как своеобразный станок, который штампует молекулы XY, используя бесперебойную поставку сырья — веществ X и Y. В той же самой клетке, как и во всех прочих клетках организма, есть молекулы других ферментов, и форма каждой из них идеальна — то есть обладает всеми необходимыми «ямками» и «вмятинами», — для того чтобы ускорять другие химические реакции. Должен подчеркнуть, что, употребляя такие слова, как «форма» или «углубление», я все чрезмерно упрощаю. Но буду продолжать пользоваться этим языком и дальше, поскольку для целей настоящей главы он уместен. Тем не менее под «формой» могут подразумеваться не только физические очертания, но и химическое сродство.

Существует множество разных ферментов, и у каждого из них своя особая структура, назначение которой — ускорять свою особую реакцию. Но из всех возможных ферментов в большинстве клеток присутствует только один или несколько. Ферменты — главное (хотя и не единственное) решение загадки, почему химические процессы в клетках не протекают все одновременно и не мешают друг другу.

Итак, молекулы ферментов — штука просто фантастическая. Подобно тому как лапы гепарда великолепно сформированы для быстрого бега, ферменты великолепно сформированы, чтобы ускорять определенные химические реакции. Каждый фермент — только какую-то одну. Как же они сумели приобрести свою восхитительную форму? Быть может, их высек какой-нибудь божественный молекулярный скульптор? Нет. Они образовались тем же способом, что и растущие кристаллы, только немного усложненным. Перед нами еще один пример самосборки.

Каждая белковая молекула — не что иное, как цепочка из более мелких молекул, называемых аминокислотами. Существует множество различных аминокислот, но в живых организмах встречаются только 20. У каждой аминокислоты есть название, и я мог бы перечислить здесь все 20, но не будем забивать себе голову. Их 20 — и это все, что нам сейчас нужно знать. Любая молекула белка напоминает ожерелье с бусинами из аминокислот (только ожерелье расстегнутое, а не замкнутое в кольцо). Различия между белками коренятся в точной последовательности бусин, каждая из которых взята из набора, содержащего 20 их разновидностей — 20 различных аминокислот.

Как вы помните, кристаллы соли растут благодаря тому, что плавающие в воде «кусочки пазла» распознают своих «соседей» на наружной стороне кристалла и встраиваются на свое место. Ну а теперь представьте себе, будто «бусины» белкового «ожерелья» — это пазл с двадцатью типами деталей. И некоторые детали соединяются с другими, расположенными где-то в той же самой цепочке. В результате такого самозащелкивания, происходящего между различными участками одной цепи, она сворачивается, приобретая свою специфическую форму. Как шнурок, завязывающий сам себя в причудливый узел.

Но ведь прежде я охарактеризовал молекулу фермента как замысловатый ком с выступами и углублениями. Не слишком похоже на цепочку, верно? И тем не менее это она. Дело в том, что любая аминокислотная цепь склонна, изгибаясь, складывать сама себя в определенную трехмерную структуру. Подобно, как я уже сказал, самостоятельно завязывающемуся в узел шнурку. Наш «комок с шишками и впадинами» — не что иное, как запутанный клубок, в который цепочка сама себя упаковала. Ее звенья притягиваются к другим, строго определенным, звеньям и присоединяются к ним на манер кусочков пазла. Наличие таких «застежек» гарантирует, что каждая цепь любой конкретной разновидности будет, сворачиваясь, принимать неизменную форму — с одними и теми же выростами и ямками.

В действительности дело не всегда обстоит именно так — бывают исключения из правила, и они представляют большой интерес. Некоторые цепочки могут завязываться в один из двух альтернативных узлов. Иногда это имеет огромное значение, но здесь нам придется отбросить такие подробности — глава и без того получилась довольно сложной. Для наших с вами целей мы вполне можем считать каждую белковую молекулу цепочкой, составленной из деталей пазла (аминокислот) и сворачивающейся в крайне специфическую структуру. Получающаяся форма очень важна, а определяется она точной последовательностью аминокислот и их склонностью пристраиваться, подобно фигуркам пазла, к другим аминокислотам из той же цепи.

Тут я не удержусь от небольшого отступления, которое может показаться не совсем к месту, но позволит взглянуть с любопытной стороны на нашу аналогию со встраивающимися кусочками пазла. Речь пойдет о восприятии запахов. Представьте себе запах розы. Или меда. Или лука. Яблок. Земляники. Рыбы. Сигары. Стоячего болота. Каждый запах — прекрасный или отвратительный, «с дымком» или с фруктовыми нотками, утонченный или гнилостный — уникален и безошибочно узнаваем. Каким образом молекулы, приносимые воздухом к нашему носу, вызывают в нас ощущение того или иного запаха? Ответ: благодаря еще одному пазлу. Выстилка вашей носовой полости усеяна тысячами молекулярных углублений различной формы, каждое из которых просто ждет, когда его займет точно соответствующая ему молекула. Скажем, молекула ацетона (растворителя лака для ногтей) идеально входит в ямку, имеющую форму этой молекулы, — прямо как в пазле. И ямка посылает мозгу сигнал следующего содержания: «Молекула моего типа только что заняла свое место». Мозг «знает», что сигнал поступил от углубления в форме молекулы ацетона, и «думает»: «Ага, жидкость для снятия лака». Запах розы или хорошего выдержанного вина создается сложной смесью таких молекулярных кусочков пазла, а не одним, как в примере с ацетоном. Но сути это не меняет: принцип молекулярного пазла снова в действии.

Вернемся к основному повествованию. Как мы видели, последовательность аминокислот, составляющих «ожерелье», отвечает — посредством «самосборки пазла» — за изобилующую буграми и впадинами форму белкового «клубка». Еще нам известно, что впадины эти, в свою очередь, отвечают за специфическую функцию белка как фермента, ускоряя — обычно настолько сильно, что можно сказать «запуская», — некую конкретную химическую реакцию. В клетке в любой отдельно взятый момент времени могло бы протекать много таких реакций. Все реагенты в наличии и готовы взаимодействовать. Однако для каждой реакции требуется свой фермент. И в клетке могло бы находиться множество различных ферментов, но присутствует только один. Или всего несколько. Поэтому чрезвычайно важно, какие ферменты окажутся в клетке. От этого зависит, что именно делает клетка. Чем она вообще является.

Ну, теперь вы, должно быть, задаетесь вопросом: а что же определяет саму последовательность бусин-аминокислот в цепочке каждого конкретного фермента, определяющую, в свою очередь, его бугорчатую форму, в которую данная цепочка сворачивается? Очевидно, что вопрос этот — громадной важности, ведь от ответа на него зависит столь многое.

И ответ таков: молекула наследственности, ДНК. Преувеличить его значимость невозможно. Вот почему я вынес этот ответ в отдельный абзац.

Как и белковая молекула, ДНК представляет собой цепь — ожерелье, состоящее из кусочков пазла. Но «бусинки» тут не аминокислоты, а другие химические единицы: азотистые основания нуклеотидов. Разновидностей в данном случае не двадцать, а всего четыре. Их названия принято сокращать до одной буквы: A, T, C и G. Деталь T этого «пазла» подходит только к детали A (а A — только к T). C — только к G (а G — только к C). Цепь молекулы ДНК чрезвычайно длинна — намного длиннее белковых молекул. В отличие от цепочки из аминокислот, ДНК не завязывает сама себя в «узел». Она так и остается длинной нитью — точнее, двумя нитями, пристегнутыми друг к другу в виде изящной спиральной лестницы. Каждая «ступенька» этой лестницы состоит из пары азотистых оснований, скрепленных наподобие кусочков пазла. Такие ступеньки бывают только четырех разновидностей:

A — T

T — A

C — G

G — C

Последовательность оснований ДНК хранит в себе информацию — примерно таким же образом (а на самом деле почти абсолютно таким же образом), как и компьютерный диск. И информация эта используется двумя совершенно разными способами: генетическим и эмбриологическим.

Генетический способ — обычное копирование. В результате некоего довольно громоздкого варианта сборки пазла создается полная копия всей лестницы. Происходит это в ходе деления клетки. Эмбриологический же путь совершенно ошеломляющий. Буквы кода считываются триплетами, то есть по три враз. Для четырех букв возможны 64 тройные комбинации (4 × 4 × 4 = 64), и каждый из этих 64 триплетов «переводится» при изготовлении белковых цепей либо как знак препинания, либо как одна из 20 аминокислот. Говоря «считываются», я, разумеется, не имел в виду, будто их кто-то читает. Опять-таки все происходит автоматически, с использованием принципа пазла. Мне бы очень хотелось углубиться в детали, но наша книга о другом. Здесь для нас существенно лишь то, что последовательностью участка ДНК, составленной из четырех типов оснований, определяется — если считывать эти основания тройками — последовательность из двадцати аминокислот в белковой цепи. А аминокислотная последовательность затем определяет, в какой именно «узел» свернется белок. А форма «узла» (его «ямки» и прочее) определяет функционирование белка как фермента — ту химическую реакцию, которую он запускает в клетке. А протекающие в клетке реакции определяют, к какому типу относится данная клетка и чем она занимается. В конечном итоге — что, вероятно, поразительнее всего — совместная деятельность клеток зародыша определяет, как он развивается и превращается в младенца. Выходит, именно наша ДНК лежала в основе того, каким именно образом каждый из нас, будучи вначале одной-единственной клеткой, становился младенцем, а затем и вырастал до своего теперешнего состояния. Это и будет предметом следующей главы.

Глава 10

Снизу вверх или сверху вниз?

Как-то раз Дж. Б. С. Холдейн, великий ученый двадцатого века и грандиозная личность, читал публичную лекцию, после которой поднялась одна дама и сказала что-то вроде следующего:

Профессор Холдейн, даже исходя из того, что, по вашим словам, в распоряжении у эволюции были миллиарды лет, я просто не могу поверить, чтобы столь сложно устроенный объект, как человеческий организм с его триллионами клеток, образующих кости, мышцы, нервы, сердце, десятилетиями безостановочно качающее кровь, многие и многие мили кровеносных сосудов и почечных канальцев, а также головной мозг, способный к мыслям, речи и чувствам, — чтобы подобный организм смог возникнуть из одной-единственной клетки.