Скрытые связи
Шрифт:
Поскольку системная концепция жизни также отождествляет самоорганизационную деятельность живых организмов с познанием [28], эволюция в конечном счете должна рассматриваться как когнитивный процесс. Как пророчески заметила в своей нобелевской лекции генетик Барбара Макклинток:
Нет никакого сомнения, что в будущем внимание исследователей окажется сосредоточено на геноме, причем они в гораздо большей степени отдадут ему должное как весьма чувствительному органу клетки, отслеживающему генную активность и исправляющему распространенные ошибки, предвидящему необычные и неожиданные события и откликающемуся на них [29].
Ограниченность
Итак, подытожим первый важный вывод из последних достижений генетических исследований: устойчивость генов, «единиц наследственности» организма, не является внутренним свойством молекулы ДНК, а возникает вследствие сложной динамики клеточных процессов. Вооружившись таким пониманием генетической устойчивости, обратимся теперь к основному вопросу генетики: какова в действительности роль генов? Каким образом они порождают характерные наследственные черты и формы поведения? После открытия двойной спирали ДНК и механизма ее саморепликации молекулярным биологам потребовалось еще одно десятилетие, чтобы ответить на этот вопрос. Зачинателями соответствующих исследований вновь стали Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик [30].
Предельно упрощая, можно сказать, что клеточные процессы, стоящие за биологическими формами и образами поведения, катализируются ферментами, а ферменты определяются генами. Для синтеза того или иного белка информация, закодированная в соответствующем гене (т. е. в последовательности нуклеотидов в нити ДНК), копируется в комплементарную нить РНК. Молекула РНК играет роль посланника, доставляющего генетическую информацию в рибосому — клеточную структуру, в которой синтезируются ферменты и другие белки. В рибосоме генетическая последовательность транслируется в последовательность аминокислот — элементарных «кирпичиков», из которых состоят белки. Пресловутый генетический код — это точное соответствие, согласно которому цепочка триплетов оснований РНК транслируется в последовательность аминокислот в белковой молекуле.
С учетом этих открытий ответ на вопрос о роли генов представлялся соблазнительно простым и изящным: гены кодируют синтез ферментов, которые являются необходимыми катализаторами всех клеточных процессов. Именно так гены определяют биологические характеристики и схемы поведения, и каждый из них соответствует конкретному ферменту. Это объяснение Фрэнсис Крик назвал основным положением молекулярной биологии. Оно описывает линейную причинно-следственную цепочку «ДНК — РНК — белки (ферменты) — биологические характеристики». Или, как любят запросто выражаться молекулярные биологи, «ДНК рождает РНК, РНК рождает белок, а белок рождает нас с вами» [31]. В этом основном положении содержится также утверждение, что упомянутая линейная причинно-следственная цепь определяет односторонний информационный поток от генов к белкам, не оставляя места для каких-либо обратных связей.
Эта линейная цепь, однако, чересчур упрощенна, чтобы описать реальные процессы, которые включает в себя биосинтез белка. И разрыв между теоретической основой и биологической реальностью становится еще больше, если свести эту цепочку к двум ее конечным точкам, сказав, что «гены определяют поведение». Подобное воззрение, известное под названием генетического детерминизма, как раз и стало концептуальной основой генной инженерии. Оно всячески пропагандируется биотехнологической индустрией и стало общим местом в средствах массовой информации: зная точную последовательность генетических
В течение последних четырех десятилетий генетический детерминизм был господствующей парадигмой молекулярной биологии. Благодаря ему за это время появилось огромное количество впечатляющих метафор. О ДНК часто говорят как о генетической «программе» или «инструкции» организма, как о «книге жизни», а о генетическом коде — как об универсальном «языке живого». По словам Мэ-Вань Хо, исключительное внимание к генам практически вывело из поля зрения биологов организм. Живой организм порой рассматривают попросту как совокупность генов — абсолютно пассивную, подверженную случайным мутациям и действию сил отбора со стороны среды, над которыми он не имеет никакой власти [32].
Согласно молекулярному биологу Ричарду Штроману, основной порок генетического детерминизма заключается в смешении уровней. Довольно успешная, особенно поначалу, теория генетического кода — объяснявшая, каким образом гены кодируют информацию для биосинтеза белков, — была превращена в теорию жизни, в которой гены выступают обусловливающим фактором всех биологических феноменов. «Мы смешиваем уровни в биологии, и теория перестает работать, — заключает он. — Неправомерное распространение генетической парадигмы с довольно простого уровня генетического кодирования и декодирования на более сложный уровень клеточного поведения представляет собой грубейшую гносеологическую ошибку» [33].
Трудности основного положения молекулярной биологии стали очевидны в конце 1970-х годов, когда биологи в своих генетических исследованиях перестали ограничиваться бактериями. Очень быстро они обнаружили, что у высших организмов уже не наблюдается того простого соответствия между последовательностями нуклеотидов в ДНК и аминокислот в белках, а пресловутый элегантный принцип «один ген — один белок» нуждается в пересмотре. По существу, ситуация представляется (и, кажется, не без оснований) такой, что процессы биосинтеза белков резко усложняются при переходе к более сложным организмам.
У высших организмов гены, кодирующие синтез белков, очень часто не образуют непрерывной последовательности, а оказываются фрагментированы [34]. Они состоят из кодирующих сегментов, перемежающихся длинными периодическими некодирующими цепочками, функция которых до сих пор не ясна. Доля кодирующей ДНК весьма непостоянна и в некоторых организмах может составлять всего 1-2 %. Все остальное часто называют «мусором ДНК». Но коль скоро естественный отбор сохранил эти некодирующие сегменты в течение всего периода эволюции, разумно предположить, что они играют некую важную, хотя и не выясненную пока роль.
Нет никакого сомнения в том, что обширный генетический ландшафт, открывшийся в результате картирования человеческого генома, содержит ряд интереснейших указаний на то, как шла эволюция человека — своего рода генетические «окаменелости», так называемые «прыгающие гены», которые в нашем далеком эволюционном прошлом выпали из своих хромосом, реплицировались независимо, а затем ввели свои копии в различные участки основного генома. Их распределение указывает на то, что некоторые из таких некодирующих последовательностей могут играть роль в общей регуляции генетической активности [35]. Иными словами, они — никакой не «мусор».