Парадоксы эволюции. Как наличие ресурсов и отсутствие внешних угроз приводит к самоуничтожению вида и что мы можем с этим сделать - Алексей Аркадьевич Макарушин

Гораздо более рабочим, хотя и громоздким, видится эволюционное представление о заболеваниях как о разнородных и разномасштабных «катастрофах» систем организма из преднакопленного состояния критичности с лавинными сдвигами взаимодействий в системах по разломам их конкурирующих двойственностей, соответствующим разным «глубинам» коэволюции. В острую стадию «схода лавины» энтропия систем организма математически должна падать. При выздоровлении или хронизации организм находит новый баланс, что сопровождается увеличением числа его возможных состояний, то есть компенсаторным возрастанием энтропии. В этом смысле лечение, направленное на ограничение «свобод» организма, может оказываться сонаправленным с болезнью действием.

В похожем образном ракурсе описывал болезнь и свободу молодой Карл Маркс, соотнося, правда, эти состояния преимущественно с общественными процессами (прошу прощения за обширную цитату из не самого популярного ныне философа): «Человеческое тело от природы смертно. Болезни поэтому неизбежны. Почему, однако, человек обращается к врачу только тогда, когда заболевает, а не когда он здоров? Потому что не только болезнь, но и самый врач уже есть зло. Постоянная врачебная опека превратила бы жизнь в зло, а человеческое тело – в объект упражнений для медицинских коллегий. Разве не желательнее смерть, нежели жизнь, состоящая только из мер предупреждения против смерти? Разве жизни не присуще также и свободное движение? Что такое болезнь, как не стесненная в своей свободе жизнь? Неотступный врач уже сам по себе был бы болезнью, при которой даже не было бы надежды умереть, а оставалось бы только жить».

Не уменьшает ли болезнь энтропию организма, заставляя его принимать меры в сторону ее увеличения, то есть делать противоположное тому, что он делает в нормальном, то есть здоровом состоянии? Даже повышение температуры тела при болезни, как сравнительно общий и «простой» способ увеличения энтропии любого тела, приобретает дополнительный смысл. Энтропия здорового организма в целом падает по мере его роста и развития, и, дойдя до их «естественных» пределов, стабилизируется. Организм больного в поисках нового баланса взаимодействий ускоряет падение энтропии, но, дойдя до невозможности поддерживать более поток свободной энергии, обеспечивающей поддержание неравновесного состояния систем, в какой-то момент падение сменяется резким возрастанием вплоть до необратимой величины, то есть смерти.

Насколько все эти рассуждения имеют какое-либо предсказательное значение и сколько-нибудь заметный практический смысл? Давайте попробуем рассмотреть с энтропийных и прочих упомянутых в данной книге позиций три довольно разные патологии: холеру, отчетливо инфекционное заболевание, успешно «пробивающее» нормальный иммунитет человека; антифосфолипидный синдром, аутоиммунное заболевание без явной инфекционной причины, сверхактивным состоянием иммунитета и предположительно высокой готовностью ключевых клеток к апоптозу; и рак, тяжелую патологию с неопределенной ролью инфекции, возможной недостаточностью иммунитета и потенциально сниженной клеточной предрасположенностью к апоптозу.

Холерный вибрион. Хакер в мировом океане

Мировой океан – вместилище самого крупного и самого важного, пожалуй, биоценоза на Земле: морского. С самым распространенным многоклеточным организмом морского биоценоза, а, может быть, и всей планеты, большинство знакомо по замечательному мультсериалу «Губка Боб Квадратные Штаны», где он представлен как Шелдон Джей Планктон, копепод, одноглазый веслоногий рачок (рис. 35). Создатель образа – режиссер и аниматор Стивен Хилленберг, основатель «Юнайтед Планктон Пикчерз Инк» – как морской биолог по образованию, хорошо знал, что рисует. Реальный морской планктон питается микроскопическими одноклеточными водорослями, продуцирующими, по разным оценкам, до 40 % всего земного кислорода (и поглощающими соответствующую долю углекислого газа) и оказывает, таким образом, существеннейшее влияние на глобальные биологические и климатические процессы. Находясь у основания глобальных пищевых цепочек, совокупный мировой планктон продуцирует ежегодно до ста миллиардов (1011) тонн нерастворимого панцирного белка-хитина (Pruzzo С., Vezzulli L., Colwell R. R., 2008; Yu C. et al., 1991). Несколько сотен лет и практически весь доступный океанский углерод (38 тысяч миллиардов (3,8*1013) тонн, World Ocean Review 1, 2010), и азот оказались бы зафиксированными в осажденном на дне хитине. Разумеется, эволюция, движимая энтропийными принципами, не могла оставить такое количество высокоупорядоченной материи вне всеобщего оборота вещества и энергии. Собственно, утилизация хитина не представляет собой сложную биохимическую задачу, и, скорее всего, уже хитиновые оболочки эдиакарских существ успешно разлагались древними бактериями.

Рис. 35. Sheldon J Plankton

Последние миллионы лет основной объем этой вполне благодарной работы выполняют морские вибрионы. Среди десятков видов морских вибрионов самый заметный для нас игрок борьбы за миллиарды тонн хитина – это холерный вибрион, Vibrio cholerae (Colwell R. R., 2002; Mueller R. S. et al., 2007). Возможно, эта борьба – один из самых массовых биологических процессов на Земле, втягивающий в себя миллионы триллионов живых сущностей, включая собственно планктон, вибрионы, их вирусы и триллионы по сути случайно вовлекаемых в этот процесс водных растений и животных. Приз в этой игре весьма высок – доминирование в ключевом биоценозе Земли, поэтому поиск и развитие эффективных молекулярно-генетических инструментов происходит в этом хитиновом чемпионате особенно резво. Именно массивные молекулярно-генетические инновации стали ключевой стратегией холерного вибриона, настоящего информационного хай-тек гиганта этого невидимого мира. Из более чем 200 серотипов V. cholera по О-антигену самым острым для человека оружием – холерогеном, холерным токсином (Cholera Toxin, CT) – обладают лишь два серотипа: О139 и O1. Из них только О1 до сих пор реализовывал свой пандемический потенциал: первые 6 пандемий холеры, начиная с 1817 года, вызывал «классический» серовар О1, последнюю пандемию 1961-1975 годов вызвал серовар О1 Эль-Тор (по мнению ВОЗ, последняя пандемия продолжается до сих пор). Даже на фоне других вибрионов V. cholera отличается широчайшим наборов молекулярно-генетических инструментов для эксплуатации возможностей, предоставляемых окружающей средой, и не только морской.

Во-первых, холерный вибрион обладает потрясающим арсеналом адгезии – способностью плотно прикрепляться к хитину и множеству других биополимеров, составляющих основу самых разнообразных типов биологических поверхностей.

Во-вторых, вибрион способен стремительно колонизировать такие поверхности, на которых он закрепился и очень быстро формировать прочные биопленки. Причем сообщества вибрионов благодаря Quorum sense прекрасно умеют синхронизировать свое поведение.

В-третьих, холерный вибрион обладает чрезвычайно развитым аппаратом секреции десятков различных типов биологически активных молекул через свои пять или более высокоорганизованных систем секреции. В первую очередь это секреция нескольких хитиназ, хитинразлагающих ферментов; вообще контакт с хитином запускает в вибрионе весьма сложную программу экспрессии нескольких групп генов, позволяющих успешно последовательно колонизировать, разлагать и усваивать хитиновый субстрат.

В-четвертых, вибрионы имеют оригинально организованный генетический аппарат: V. cholera постоянно обладает двумя хромосомами, большой и малой, что, кроме вибрионов, нечасто встречается в бактериальном мире; большинство прокариот предпочитает обходиться одной большой хромосомой с дополнением, в некоторых случаях, в виде одной или нескольких плазмид. При этом значительная честь