Синдром Паганини и другие правдивые истории о гениальности, записанные в нашем генетическом коде
Шрифт:
У Y-хромосомы нетерпимость к палиндромам проявилась с самого начала. Давным-давно, еще до того, как млекопитающие отделились от рептилий, Х и Y были парными хромосомами и пересекались часто. Затем, 300 миллионов лет назад, один из генов хромосомы Y мутировал и превратился в «главный выключатель», заставляющий яички развиваться. До этого, вероятно, пол животного зависел от температуры, при которой самка высиживает яйца – схожая не имеющая отношения к генетике система определяет пол черепах и крокодилов. Благодаря этому изменению Y стала «мужской» хромосомой и, пройдя через разнообразные процессы, сконцентрировала другие мужские гены, преимущественно связанные с производством сперматозоидов. Как следствие, Х и Y стали выглядеть по-разному и, соответственно, уклоняться от кроссинговера. Хромосома Y не захотела рисковать своими генами, которые могла переписать злобная Х-хромосома, в то время как Х не хочет приобретать грубые гены хромосомы-мужлана, которые могут повредить женским ХХ-организмам.
После того как кроссинговер замедлился, Y-хромосома стала более терпимой к инверсиям, как коротким, так и длинным. Фактически она в своей истории претерпела четыре крупные инверсии, реально глобальные перестройки ДНК. Каждая
Палиндромы, однако, могут помиловать Y-хромосому. Шпильки в цепи ДНК – это плохо, но если Y-хромосома загнется в гигантскую шпильку, это может привести к тому, что два ее палиндрома – с тем же набором генов, но идущим в противоположном порядке – вступят в контакт. Это позволит Y-хромосоме проверяться на наличие мутаций и заменять проблемные участки. Это все равно что написать: «А роза упала на лапу Азора» на листе бумаги, сложить бумагу чтобы буквы двух половин совпали, а потом буква за буквой исправлять все расхождения. Нечто подобное около 600 раз повторяется при рождении каждого мальчика. «Складывание» также позволяет «игрекам» компенсировать недостаток половой хромосомы-партнера и «рекомбинировать» с самими собой, заменяя гены на протяженности одного участка генами из другой точки.
Это палиндромное исправление совершенно гениально. Даже можно сказать, слишком гениально. Система, которую Y-хромосома использует для того, чтобы сравнивать палиндромы, к сожалению, не «знает», какой из палиндромов мутировал, а какой – нет; она только может определить, что они не совпадают. Поэтому нередко Y-хромосома заменяет хороший ген плохим. Авторекомбинация также (внимание!) приводит к тому, что ДНК между палиндромами случайным образом удаляется. Такие ошибки редко приводят к смерти человека, но могут сделать его семя бесплодным. В общем, Y-хромосома может исчезнуть, если не сможет корректировать мутации наподобие этой; но то, что нужно для такой корректировки – палиндромы, может, так сказать, кастрировать хромосому.
И лингвистические, и математические свойства ДНК способствуют ее конечной цели: управлению данными. Клетки накапливают информацию и обмениваются ею друг с другом с помощью ДНК и РНК, и ученые уже привыкли говорить о программировании и обработке информации нуклеиновыми кислотами, будто бы генетика является отраслью криптографии или информатики.
И действительно, современная криптография в какой-то мере происходит из генетики. В 1915 году молодой генетик по имени Уильям Фридман окончил Корнелльский университет и присоединился к эксцентричному научному обществу, базировавшемуся в одной из деревень Иллинойса. Это общество могло похвастаться голландской ветряной мельницей, ручным медведем по имени Гамлет и маяком – последнее особенно забавно ввиду того, что дело происходило в доброй тысяче километров от побережья. Первым делом босс Фридмана поручил ему исследовать, как лунный свет влияет на гены пшеницы. Но благодаря полученным в университете знаниям по статистике молодой ученый вскоре оказался вовлечен в другой сумасбродный проект своего начальства [23] . Целью проекта было доказать то, что Фрэнсис Бэкон не только написал пьесы Шекспира, но и оставил на страницах Первого фолио [24] подсказки, свидетельствующие о своем авторстве. Подсказки включали в себя изменение формы отдельных букв.
23
Босс Уильяма Фридмана, «Полковник» Джордж Фабиан, прожил непростую жизнь. Его отец открыл хлопковую компанию «Блисс Фабиан» и готовил сына в продолжатели своего дела. Однако юноша поддался жажде странствий и вместо этого убежал в Миннесоту работать лесорубом: за это возмущенный отец лишил его наследства. Через два года Фабиан устал строить из себя Поля Баньяна и решил вернуться к семейному бизнесу: под вымышленным именем устроившись на работу в офис «Блисс Фабиан» в Сент-Луисе. Вскоре он побил все рекорды продаж, и отец вызвал успешного сотрудника в главный офис компании в Бостоне, чтобы поговорить о повышении. Совершенно неожиданно для Фабиана-старшего в кабинет вошел его сын!
После этого поистине шекспировского воссоединения семьи Фабиан преуспел в хлопковом бизнесе и использовал свои средства, чтобы открыть собственный научно-исследовательский центр. В течение многих лет он субсидировал самые разные исследования, но особое внимание уделял проблеме авторства Шекспира. После того как тайна якобы была разгадана, Фабиан собирался издать книгу об этом, но за это на него подал в суд один из режиссеров, снимавших фильмы на сюжеты Шекспира: он утверждал, что такая книга может разрушить репутацию классика мировой литературы. Местный судья по неизвестной причине встал на сторону Фабиана: века литературной критики не сумели одолеть американского юриста! Судья огласил решение: «Автором работ, ошибочно приписываемых Шекспиру, является Фрэнсис Бэкон» и обязал киношников заплатить Фабиану пять тысяч долларов за моральный ущерб.
Большинство специалистов относится к доказательствам против авторства Шекспира так же снисходительно, как биологи – к теории «материнских
24
Первое фолио – первое полное собрание пьес Шекспира, изданное в 1623 году членами шекспировской труппы Джоном Хемингом и Генри Конделом. При меч. пер.
Фридман воодушевился этим заданием – он полюбил работать с шифрами с тех самых пор, как в детве прочел «Золотого жука» Эдгара По – и доказал, что предполагавшиеся отсылки на Бэкона – это полная чушь. Он писал, что по тем же схемам дешифровки можно «доказать» что угодно: например, что «Юлия Цезаря» написал Теодор Рузвельт. Тем не менее Фридман заинтересовался генетикой как биологическим инструментом расшифровки кодов и после успешных попыток реальной дешифровки стал криптографом, работающим на правительство США. Основываясь на статистических знаниях, накопленных из генетики, Фридман вскоре сумел прочитать секретные телеграммы, которые в 1923 году спровоцировали так называемый скандал «Крышка заварника», связанный с получением взяток представителям власти. В начале 1940-х годов он приступил к расшифровке японских дипломатических кодов, включая десяток скандально известных депеш, отправленных из Японии в японское посольство в Вашингтоне и перехваченных 6 декабря 1941 года: в этих депешах говорилось о том, что война неминуема.
Фридман бросил генетику, потому что в первой четверти ХХ века (по крайней мере на фермах) генетикам приходилось слишком много времени просто сидеть вокруг и ждать, пока глупые звери начнут размножаться: это было больше похоже на животноводство, чем на научный анализ данных. Если бы Фридман родился поколением-двумя позже, он бы смог взглянуть на те же вещи совершенно иначе. К 1950-м годам биологи уже регулярно ссылаются на пары оснований А-Ц-Г-Т как на биологические «биты» и на генетику в целом как на код, который нужно взломать. Генетика окончательно превратилась в анализ данных и продолжала развиваться в этом направлении – в том числе благодаря работе более молодого последователя Уильяма Фридмена – инженера Клода Шеннона. Его работы охватывают как криптографию, так и генетику.
Ученые регулярно цитируют магистерскую диссертацию Шеннона, написанную 21-летним студентом Массачусетского технологического института в 1937 году: эта работа признается самой важной магистерской диссертацией в истории. В ней Шеннон изложил метод комбинирования электронных схем и элементарной логики для проведения математических операций. С помощью этого метода молодой ученый мог проектировать схемы для выполнения сложных вычислений, на которых основываются все цифровые цепи. Десять лет спустя Шеннон написал статью об использовании цифровых цепей для кодирования сообщений и более эффективной их передачи. Едва ли будет преувеличением сказать, что благодаря этим двум открытиям были с нуля созданы современные цифровые коммуникации.
Совершая судьбоносные открытия, Шеннон находил время и для других занятий. В своем офисе он любил жонглировать, ездить на одноколесном велосипеде, а порой делать и то и другое одновременно. Дома он постоянно возился со всяким хламом в подвале. Среди его прижизненных изобретений – фрисби с ракетным двигателем, палочки пого с моторчиком, машины для сборки кубика Рубика, механическая мышь по имени Тесей, выбирающаяся из лабиринтов, программа THROBAC, проводящая вычисления в римских цифрах, и «переносной компьютер» размером с пачку сигарет, предназначенный для того, чтобы срывать банк на рулетке [25] .
25
Хитроумный прибор для казино так и не окупился. Его идея принадлежала инженеру Эдварду Торпу, который в 1960 году позвал на помощь Шеннона. Два человека работали за рулеточным столом в паре, хоть и притворялись, что незнакомы друг с другом. Один из них наблюдал за вращением шарика рулетки и отмечал, в какие моменты он проходит определенные точки на колесе. Затем он, нажимая кнопку миниатюрного переключателя в ботинке большим пальцем ноги, подавал сигналы компьютеру в своем кармане. Компьютер, в свою очередь, посылал радиосигналы. Второй человек, с наушником в ухе, слышал эти сигналы как музыкальные ноты и, в зависимости от высоты звука, знал, куда поставить деньги. Они окрасили все провода (например, провод от наушника) в телесный цвет и замаскировали их с помощью театрального грима.
Торп и Шеннон подсчитали, что их схема будет приносить прибыль в 44 % случаев, но при первом испытании в казино Шеннон сдрейфил и делал лишь копеечные ставки. Они выигрывали чаще, чем проигрывали, но, возможно, уловив красноречивые взгляды старожилов, направленные на дверь, Шеннон потерял интерес к предприятию. В итоге дело, по-видимому, оказалось убыточным, учитывая, что компаньоны потратили 1500 долларов, заказав для тренировок настоящую рулетку из игорной столицы Рино. Оставшийся в одиночестве Торп опубликовал свою работу, но до полного запрета портативной электроники в казино прошло еще довольно много лет.
Шеннон проявил интерес к генетике и в своей докторской диссертации, которую защитил в 1940 году. В то время биологи дорабатывали такой вопрос, как связь между генами и естественным отбором, но многих из них отпугнул большой объем статистики. Хотя позже Шеннон признавался, что в то время почти не разбирался в генетике, он погрузился в эту проблему. Он постарался сделать для генетики то, что уже сделал для электронных схем: свести все сложности к простым алгебраическим расчетам, в результате чего для любых вводных данных (генов в популяции) можно легко и быстро рассчитать результаты (какие гены будут успешно развиваться, а какие – исчезнут). Шеннон посвятил этой статье несколько месяцев, а потом, после защиты докторской, был окончательно соблазнен электроникой и больше никогда не возвращался к генетике. Впрочем, это неважно. Его новая работа послужила основой для информационной теории: настолько универсальной области знаний, что она и без непосредственного участия Шеннона начала активно применяться в генетике.