Клеймо создателя

Филатов Феликс П.

Если утверждение «бумажная версия генома – это нечто живое», вызывает сильное сомнение у тех, чей ум не дружит с парадоксами, то что сказать о вирусах, простейших существах, иногда состоящих только из генома, в котором записана нужная последовательность нуклеотидов? Биологов и этот вопрос иногда ставит в тупик. А после того, как американец Уэнделл Стенли в 1933 году показал, что некоторые вирусы способны кристаллизоваться, ответ на него приобрел отчетливые негативные очертания.

Обыватель (большинство медиков – тоже, к сожалению, обыватели) представляет себе вирус как «маленький шарик» в структурном отношении и «большую заразу» – в функциональном. Медики считают вирусы абсолютными паразитами, поскольку они (вирусы, конечно, а не медики) могут размножаться только внутри клетки, «питаясь» ее белками и ее энергией. При этом они (медики, конечно, а не вирусы) бессознательно – а в силу профессии неизбежно – вкладывают в понятие «паразит» еще и нравственный смысл, полагая – наивно, конечно, – что жизнь человеческая без них была бы много счастливее. Между тем, биология учит нас, во-первых, что паразитизм представляет собой вполне нормальное явление. А во-вторых, – что эволюция не имеет дела ни с отдельным человеком, ни с его счастьем, ни с отдельным вирионом (вирусной частицей), ни с отдельными проблемами этой частицы. Эволюция имеет дело с системами, которые модифицируются и усложняются – в частности, с помощью тех же вирусов, – с биологическими видами и их иерархически более сложными объединениями – от экоценозов до биосферы. Заражение вирусами либо элиминирует из популяции тех, кто к ним чувствителен, либо привносит в геном зараженных новые гены, которые способны там закрепиться

и придать новым хозяевам дополнительную устойчивость к факторам внешней среды, частью которой опять же являются вирусы. Комбинация обоих событий может оказаться тем самым фактором естественного отбора, на котором настаивает Эрик Галимов 44 . Некоторые специалисты полагают, что скачки эволюции биологического вида могут быть связаны со встройкой в геном и распространением в популяции эндогенных ретровирусов (таких, как возбудитель СПИДа). Латеральное распространение генов продолжается и в настоящее время. Ген обезьяньего белка CD200, функции которого весьма многообразны (а человеческий аналог которого причастен – среди прочего – и к нормальному течению беременности), несколько миллионов лет назад оказался захвачен одним из герпесвирусов, а именно – возбудителем обезьяньего предка герпесвируса саркомы Капоши (HHV8, human herpesvirus type 8, как его называют; он осложняет этой саркомой течение СПИДа у человека) и стабильно «встроился» в вирусный геном. Аналог гена CD200 и сейчас довольно уверенно «просматривается» в геноме HHV8, у которого он экспрессируется в виде белка К-14, обладающего набором функций, часть которых неизвестна. Неизвестно – ни какую выгоду принесло это «вирусу-несуну», ни какую выгоду получили приматы от своей «щедрости». Однако, отчетливый след этого события, сохраняющийся в течение миллионов лет, наводит на мысль о бесспорном взаимном удовлетворении. Герпесвирусы обладают большим геномом (до 200 тыс пар нуклеотидов) и большой векторной емкостью, то есть способностью оставаться жизнеспособными при замене так называемых «несущественных» генов на другие фрагменты ДНК. В условиях эксперимента можно таким образом заменить до 80% генома герпесвируса, сохраняя его способность к специфическим синтезам и к размножению с помощью неповрежденного вируса-хелпера. Что до медицинской стороны дела, которая все равно интересует людей больше, чем любая другая, то стоит помнить, что классифицированных и описанных вирусов, известных сегодня, всего около двух тысяч; не более 5% из них патогенны для человека. Ничтожная часть даже этого количества – и то, только те, что вызывают острые инфекции, – является предметом идентификации в обычных клинических лабораториях. Когда в 2002г американцы попытались провести поиск новых вирусов в пробах из нескольких районов Мирового Океана, им удалось идентифицировать как новые более 125 тысяч новых видов вирусов! 45 . Правда, эти вирусы «живут» в морских микроорганизмах. Такое число показывает, однако, насколько мало знаком нам мир самых простых существ на нашей собственной планете.

44

Эрик Галимов, «Феномен жизни (между равновесием и нелинейностью», УРСС 2001

45

Shannon J Williams, … Craig Venter, «The Sorcerer II Global Ocean Sampling Expedition: Metagenomic Characterization of Viruses within Aquatic Microbial Samples», PlosOne, Jan 2008, issue I, e1456 – www.plosone.org/

Так что же такое вирус, простейшая форма жизни? В самом общем виде вирус – это (химически) неотличимый от адресного (клеточного) информационный носитель с автономной программой самовоспроизведения и синтезов, которая для своей реализации использует читающие (базирующиеся на генетическом коде), синтетические (в т. ч. рибосомы) и энергетические (митохондрии) машины адресата. Под это определение подпадают все вирусы – то есть, те, о которых мы говорили и к которым относятся уточнения в скобках («нуклеиново-белковые»), а кроме них – также компьютерные и социальные. И все же, несмотря на высокий уровень обобщения, вирус определяется здесь только в информационных терминах (носитель, программа, чтение, код); ничто в этом определнии не указывает на происхождение или эволюцию вирусов, и ничто не указывает на их роль в живой природе (креационист сформулировал бы это иначе: «Для чего они? С какой целью созданы?»). Между тем, без этих аспектов приведенное определение (как и определение любого биологического – в отличие от физического – объекта) неполно. Дело в том, что физические законы, по преимуществу, обратимы во времени, оно просто не имеет для них значения. Основной же биологический закон – развитие, необратимое изменение во времени всей системы, именуемой жизнью, частью которой являются вирусы, наиболее эффективный переносчик и модификатор биологической информации, без которого скорость эволюции системы была бы губительно низкой. Это, в частности, позволяет описывать жизнь в терминах термодинамики, второй закон которой как раз и определяет направление развития в закрытых системах (лишенных внешних источников энергии) в сторону равновесия, тепловой диссипации энергии, разрушения структур и нарастания беспорядка, мерой чего является особый параметр, называемый энтропией. Параметр, обратный энтропии – негэнтропия – определяет меру порядка системы и в принципе соотносится с понятием информация. Вот почему так близки информационные и термодинамические определения жизни.

В закрытой системе покоящийся вирус – даже при температурах, близких к абсолютному нулю, – будет неизбежно постепенно разрушаться. В открытой же системе, частью которой является его «родильный и воспитательный дом» – клетка, он будет поддерживать свою структуру и свое существование, неравномерный ритм которого выглядит как короткие перебежки между состояниями покоя. И хотя такой ритм отличается от того, в каком живет Homo sapiens, существование которого в промежутках между актами репродукции (эквивалент упомянутых «перебежек» вируса) не является чем-то вроде летаргического сна, это не дает человеку никаких оснований утверждать, что вирус (в отличие от человека) – не существо, а нечто, намного более примитивное. Центральными отличительными феноменами, объединяющим на Земле все живое – будь то слон, человек, морковка или вирус, – являются хиральность молекул жизни и генетический код, связывающий две основные молекулярные составляющие этой жизни – белки и нуклеиновые кислоты. Что до кристаллического состояния вируса, то, во-первых, оно достигается, по преимуществу, в искусственных условиях эксперимента. В природе вирус вне клетки в кристаллическом виде как-то не встречается. Регулярные структуры, наблюдаемые на срезах инфицированных вирусом клеток под электронным микроскопом, это не обязательно то, чем можно заразить здоровую клетку. Да и капсулы с телами астронавтов, погруженных в низкотемпературный анабиоз, которые направляются к далекой галактике и будут автоматически «разморожены» у цели, имеет смысл разместить в корабле экономно, так что вид плотной упаковки таких капсул будет неизбежно обладать внешними свойствами кристалла. Попробуйте теперь возразить против понятия кристаллизация астронавтов и утверждать, приняв это понятие, что астронавты эти – не существа вовсе, а какое-то вульгарное вещество!

Жизнь, определяемая в информационных терминах, выводит ответ на вопрос о том, как она возникла, за рамки мистики, поскольку, как показал еще Алексей Ляпунов, информация – в отличие от материи или энергии – может как возникнуть «из ничего» – так и без следа исчезнуть: законы сохранения на нее не распространяются.

Генри Кастлер отмечал, что новая информация проявляется в виде случайного события, результат которого системе удается запомнить. При этом и способность системы генерировать непредсказуемые, случайные события (флуктуации), и ее способность запоминать их следствия, и связанная со всем этим способность к самовоспроизведению прямо зависят, как показал Иоганн фон Нейман (американец венгерского, между прочим, происхождения), от сложности системы. Чем система проще, тем выше ее склонность к вырождению. Чем она сложнее, тем выше вероятность ее динамической стабильности, ее способности к самоподдерживанию и даже росту. Системы, способные эволюционировать в сторону усложнения, – это, в частности, реакционные

циклы, в основе которых лежат химические реакции с участием катализатора. В простейшем варианте они представляют собой трехчленные реакционные циклы (субстрат-фермент-продукт), более сложный цикл такого рода – цикл Кребса, осуществляющий перенос кислорода (дыхание). Интермедианты следующего по сложности – каталитического цикла – сами представляют собой катализаторы для одной из последующих реакций цикла, так что в целом каталитический цикл становится автокаталитическим. Если такие циклы объединяются в систему так же, как реакционные циклы объединяются в каталитический, то есть посредством циклических взаимоотношений, то возникает каталитический гиперцикл Манфреда Эйгена (между прочим, Владимир Щербак одно время работал у Эйгена, который проявил живой интерес к его работе, но не взялся ее комментировать). При этом компоненты такого гиперцикла катализируют продукцию следующего интермедианта, а также собственное воспроизведение из богатого энергией субстрата. Гиперцикл является той сложной системой, о какой говорил фон Нейман. Он представляет собой результат интеграции самостоятельных и самовоспроизводящихся единиц, каждая из которых выигрывает от этого объединения, поскольку пользуется преимуществами других. В свою очередь, это приводит к выигрышу данного гиперцикла в конкуренции с любой такой же системой другого состава. При этом часть информации, содержащаяся в системе, модифицируется за счет флуктуаций, в результате чего она получает возможность эволюционировать в сторону дальнейшего усложнения, сохраняя при этом определенное количество информации, передающейся следующему поколению.

В далеких от равновесия открытых системах, основанных на непрерывно работающих гиперциклах, структурную стабильность обеспечивает движение компонентов, осуществляемое за счет внешних источников энергии. Живые системы полностью соответствуют такому описанию, поскольку являются открытыми, далекими от равновесия и динамически стабильными. Работа компонентов системы приводит к непрерывной потере (диссипации) энергии, восполняемой из упомянутых источников. Структуры, которые формируются и сохраняются подобным образом, Пригожин назвал диссипативными. Автор не видит необходимости углубляться здесь в термодинамику жизни: о пригожинских диссипативных структурах, свойства которых соотносятся со свойствам живых систем, написано очень много, и они не являются предметом наших рассуждений. Сложность таких систем, обеспеченная интеграцией их компонентов (или агентов, как называет их наука о сложных системах – нелинейная динамика), обеспечивает их высокую конкурентоспособность и дальнейшую эволюцию. Победа в конкуренции приводит к относительной стабилизации системы, но ее открытость и динамический характер ее равновесия с окружающим миром все равно заставляют ее эволюционировать в сторону усложнения. Дело в том, что основное свойство сложных систем это их нелинейность, то есть принципиальная несводимость к простой сумме своих частей. К нелинейной системе неприменим принцип суперпозиции: ее нельзя разложить на независимые составляющие, из описания которых легко собирается исходная система. Сложные системы состоят из множества агентов, которые действуют исходя из частичной информации о системе в целом и о ее окружении; более того, эти агенты в состоянии изменять правила своего поведения на основе такой частичной информации; сложные системы способны извлекать скрытые закономерности из неполной информации и изменять свое поведение на основе новой поступающей информации. Вот почему поведение сложной системы принципиально непредсказуемо. Движение ее агентов определяется выборочными причинами, но не их исчерпывающим комплексом. Следствием такого поведения становится эмерджентность системы, то есть ее способность самостоятельно генерировать неожиданное поведение и свойства, которые невозможно предсказать на основе знания свойств их частей, рассматриваемых изолированно.

Все это приходит, в частности, в голову, когда думаешь о Гее Джеймса Лавлока, гипотезе, которая представляет нашу планету (Гею) в виде живого организма. Впрочем, «живым» он кажется (а с точки зрения Лавлока, является) потому, что живые организмы на его поверхности обустраивают «под себя» свою среду обитания. Эта работа выглядит – может, и вполне справедливо – как работа самой планеты. Разработанная Лавлоком математическая модель такой планеты названа им Маргаритковый Мир. Вот как описывается его модель простыми словами. Возрастание светимости звезды (с ее возрастом) приводит к разогреву поверхности планеты, и наступает момент, когда на ней возникает жизнь – маргаритки с темными и светлыми цветами – в равной пропорции. Дальнейшее повышение температуры приводит к нарушению этого равновесия, поскольку грунт под темными цветами прогревается больше, и температура достигает оптимума роста маргариток быстрее, чем в других местах. Темные маргаритки получают селективное преимущество. Когда температура проходит этот оптимум, ее максимум, в котором маргаритки еще способны выживать, приводит к преобладанию светлых особей, грунт под которыми оказывается прохладнее; ситуация возвращается к оптимуму. Звезда продолжает расти, и, в конечном счете, температурный максимум на планете преодолевается. Жизнь цветов прекращается. Парадокс заключается в том, что – несмотря на линейное увеличение яркости звезды – температура поверхности планеты, пока она заселена маргаритками, остается близкой к оптимуму для их жизни. Маргаритки стабилизируют температуру, превращая поверхность планеты в гомеостат – одно из существенных свойств жизни.

От реального биологического объекта эта планета отличается тем, что у нее нет конкурентов в ближайшем окружении (например, за источник энергии). В то же время она похожа на то, с чего началась жизнь: это – система, что-то вроде коацервата Опарина. Программой воспроизводства этой системы может в принципе стать развитая цивилизация Homo. Тогда система станет расти, осуществлять экспансию и дробиться на родственные колонии на соседних пригодных для жизни планетах – пока не встретит ближайшую такую же. Взаимодействие двух развитых цивилизаций – после длительного взаимопрощупывания – должно приводить не к звездным войнам (невыносимая безвкусица общества потребления), а к взаимной интеграции и дальнейшей эволюции в сторону усложнения, а также к дальнейшей экспансии. Такая экспансия – за пределами родной солнечной системы – не обязательно должна носить характер распространения популяции. Это не приснопамятная картина светлого коммунистического будущего (ефремовская Эра Великого Кольца из «Туманности Андромеды»), а непреложный формат программы, ее единственный способ существования. В свою очередь, такое развитие необходимо готовить, что означает не только коррекцию нравственности и задач цивилизации, но и поиск направлений экспансии – а также определения тех мест во Вселенной, откуда такую экспансию можно ожидать. Что уже близко к тому, о чем эта книга.

И Гея Лавлока, и каталитический гиперцикл (и, между прочим, тексты ГенБанка, компьютерные и прочие вирусы, всякие роботы и даже паровозы) обладают выраженными свойствами живого. И это означает – как считал Джон Бернал, – что жизнь как явление должна предшествовать появлению живых (в привычном смысле) существ. Если бы мы были разумными гиперциклами или разумными планетами, проблема происхождения жизни была бы уже недалека от решения. Существует, однако, нечто, ограничивающее безудержный полет формально-логической фантазии. Это нечто – традиция, привычка или интуитивное ощущение близости (в англо-язычной культуре именуемое химией) к тем вариантам жизни, химию которых составляют нуклеиновые кислоты и белки. Те и другие объединяет в систему практически только одно – общий для всего живого на Земле генетический код.

…………………

Как и прежде, завершаем главу коротким рассуждением о ее номере. Как читатель уже догадался, 21 – это в четверичной системе счисления все те же 111, которые – как мы договаривались – следует записывать так: 111₄. Формальной особенностью этого числа является, в частности, то, что оно делится на три. Четверка – наименьшее основание системы счисления, в которой число 111 обладает этим свойством. Частное от такого деления – 7, то есть 111₂. Десятичные числа (темные колонки) в четверичной системе записываются так (светлые колонки):