Сергей Минаков - Таинственные явления природы и Вселенной

По сути, гены — это не больше и не меньше, чем инструкции по синтезу белков. И эту функцию они осуществляют с неизменной цифровой точностью. Гены довольно похожи на клавиши или лады музыкального инструмента: каждая клавиша, каждый лад издает одну ноту и только ее — бом, бом, бом. Но комбинируйте гены, как клавиши, и вы получите бесконечное разнообразие мелодий. Соедините все эти гены, и получите красивую симфонию — под названием «геном». Геном хорошо сравнить с программным протоколом — набором программных инструкций для компьютера.

Как всем известно, молекула ДНК формой походит на винтовую лестницу или на скрученную веревочную лесенку — знаменитая двойная спираль: вертикальные «нитки» и горизонтальные «перекладины». Вертикальные элементы этой структуры состоят из разновидности сахара, дезоксирибозы, а вся спираль представляет собой нуклеиновую кислоту — отсюда и ее название. Перекладины образуются соединениями нуклеотидов: гуанин (Г) всегда соединяется с цитозином (Ц), тиамин (Т) — всегда с аденином (А). Последовательность, в которой эти буквы появляются, если двигаться вверх или вниз по лестнице, составляет генетический код. Именно его точным считыванием занят международный проект «Геном человека».

Самая же яркая особенность ДНК заключается в способе ее самовоспроизведения. Когда приходит время создавать новую молекулу ДНК, обе нити расходятся, подобно молнии на куртке, и половинки разделяются, чтобы образовать новую компанию. По большей части наша ДНК самовоспроизводится со строжайшей точностью, но изредка — примерно один раз из миллиона — буква становится не на то место. Эти явления известны как однонуклеотидный полиморфизм, или SNР. Биохимики немного фамильярно называют их снипами. Они обычно теряются в некодирующих звеньях ДНК и не вызывают заметных последствий для организма, но порой оказываются важными. Они могут сделать нас предрасположенными к какому-нибудь заболеванию, но в равной мере могут даровать какое-нибудь небольшое преимущество, например более эффективную защитную пигментацию или способность вырабатывать больше красных кровяных телец, эритроцитов — у кого-нибудь, обитающего на высокогорье. Со временем эти небольшие изменения накапливаются и в индивидуумах, и в популяциях, способствуя отличиям тех и других.

Каждый четвертый житель Земли ведет жизнь, характерную для человеческого рода 6 тыс. лет назад. Таких людей 1,5 млрд — больше, чем все вместе взятое население богатых стран.

Равновесие между точностью и ошибками при самовоспроизведении весьма деликатное. Слишком много ошибок — и организм не может функционировать, слишком мало — и он поступается приспособляемостью. Подобное же равновесие должно быть в организме между устойчивостью и изменчивостью. Оно также помогает объяснить, почему мы все так похожи. Эволюция просто не даст вам слишком сильно измениться — во всяком случае, без того, чтобы стать новым видом. Так что неправильно говорить не только о каком-то определенном, едином для всех геноме человека, но, в известном смысле, даже вообще — о геноме человека. Все мы на 99,9 % одинаковы, но в равной мере можно утверждать, что между всеми представителями рода человеческого нет ничего общего, и это было бы тоже верно.

Все организмы в некотором смысле рабы своих генов. Потому-то лососи, пауки и, можно сказать, бесчисленное множество других существ готовы умереть при спаривании. Страстное желание плодиться, рассеивать свои гены — самый могучий импульс в природе. С эволюционной точки зрения радости секса — это всего лишь награда, поощряющая нас к передаче своего генетического материала. Ученые только-только освоились с поразительным известием, что большая часть наших ДНК ничего не делает, как получили еще более неожиданные результаты. Исследователи провели ряд довольно странных экспериментов, которые дали совершенно неожиданные результаты. В одном из них взяли ген, управляющий развитием глаза мыши, и ввели его в личинку плодовой мушки. Думали, что в результате получится что-то гротескное. На деле же ген мышиного глаза не только создал у мухи жизнеспособный глаз, но это был… мушиный глаз. Налицо были два существа, не имевшие общего предка 500 млн лет, и тем не менее способные обмениваться генетическим материалом, словно родные. То же самое наблюдалось всюду, куда заглядывали исследователи. Они обнаружили, что можно ввести ДНК человека в определенные клетки мух — и мухи примут ее как свою собственную. Оказывается, более 60 % человеческих генов в основном те же, что найдены у плодовых мушек. По меньшей мере 90 % на том или ином уровне соотносятся с генами мышей. (У нас даже есть гены для создания хвоста, но они не включаются в работу.) В одной области за другой исследователи обнаруживали, что с каким бы организмом они ни работали, будь то черви-нематоды или люди, они часто изучали одни и те же гены. Жизнь, казалось, была создана по одному набору чертежей. Дальнейшие исследования привели к открытию существования группы мастер-генов, каждый из которых руководит развитием части тела; их окрестили гомеотическими (от греческого, означающего «подобный»). Эти гены дали ответ на давно ставивший в тупик вопрос: каким образом миллиарды эмбриональных клеток, появляющиеся из одной оплодотворенной яйцеклетки и содержащие одинаковую ДНК, «знают», куда направляться и чем заниматься: той стать клеткой печени, этой вытянуться в нервную клетку, этой стать частицей крови, а этой — частицей блестящего в крыле перышка. Вот эти гены и дают им указания — и делают это во многом одинаково во всех живых организмах.