Восхождение на гору Невероятности - Ричард Докинз

Рис. 9.3. Повышение уровня организации в живой природе: (а) одиночные бактерии; (b) следующая ступень – эукариотическая клетка с ядром, образовавшаяся на основе бактериального эндосимбиоза; (с) вольвокс – колония дифференцированных эукариотических клеток; (d) более плотное и более массовое скопление дифференцированных клеток – тихоходка; организм человека – тоже колония, колония колоний, так как каждая наша клетка представляет собой колонию бактерий[29]; (е) колония индивидуальных организмов, пчелиный рой – колония колоний колоний.

Для нас наиболее сильное отклонение от прямого пути в программе “Скопируй меня” символизировал слон, но на его месте могла бы оказаться мышь, ее тоже можно считать “огромным отклонением”. Вольвокс содержит несколько сотен клеток. Мышь – крупная система, в ней около миллиарда клеток. Слона можно представить себе как колонию, состоящую из примерно 1000 миллиардов (1015) клеток, и каждая из них сопоставима с колонией бактерий. Слон-робот, который носит при себе свою схему, был бы настоящим исполином. Это колония клеток, но все они общими усилиями в конечном итоге воспроизведут одну и ту же информацию, записанную в ДНК, поскольку являются носителями копий одной и той же ДНК-инструкции.

По любой абсолютной шкале слон – не бог весть какой великан. Рядом со звездой он песчинка. Великан – относительно молекул ДНК, которые ему положено хранить и размножать. Великан – относительно реплицирующихся изготовителей слонов, которые циркулируют у него внутри.

Чтобы осознать масштабы сравнения, представьте себе, что люди спроектировали гигантского механического робота и залезли в него, как древние греки в Троянского коня. Наша механическая лошадь должна быть отмасштабирована так, чтобы каждый из ее инженеров был равен по размеру одной молекуле ее ДНК. Напомню, что в нашей терминологии живой конь – это робот, сконструированный генами, которые путешествуют вместе с ним, сидя внутри него. Так вот, если построить робота-коня, в котором мы сможем поместиться, и если по сравнению с нами он будет так же велик, как велик живой конь по сравнению с построившими его самого генами, то наш конь легко пропустит между ног Гималаи (рис. 9.4). Обычная живая лошадь состоит из миллиардов клеток. Каждая из них, за незначительным исключением, несет в себе полностью укомплектованную армию генов, хотя большинство генов в клетках всех типов спит.

Рис. 9.4. Лошадь – это транспортный робот для молекул ДНК, по сравнению с ними она ужасно огромная. Если бы люди сконструировали для себя робота-коня, чтобы ехать в нем, как в Троянском коне, Гималаи поместились бы у него между ног. Эту фантастическую картинку нарисовала моя мама, Джин Докинз, для одной из моих рождественских лекций, которые я читал в Королевском институте.

В природе живые организмы вырастают такими большими по сравнению со своими генами потому, что процесс их роста принципиально отличается от процесса создания механизма человеком, и если бы механический конь действительно был построен, то по другой схеме. Процесс роста живого организма имеет одну особенность – экспоненциальный характер. Иначе говоря, живые организмы растут путем локального удвоения.

Наше развитие начинается с одной клетки, которая очень мала. Точнее, она ровно такого размера, который нужен содержащимся в этой клетке генам. Дело в том, что биохимические реакции, в которых участвуют продукты этих генов, эффективны только при таком размере. Ни одна область этой клетки не останется без их влияния, и в результате клетка приобретет все нужные свойства. Главное свойство клетки – это способность к делению на две дочерние клетки, более или менее похожие на нее саму. Каждая дочерняя клетка, став матерью, породит еще две такие же – и у первой будет уже четыре внучки. Каждая из четырех внучек произведет по две клетки – и вот их уже восемь, и так далее. Это и есть экспоненциальный рост, или локальное удвоение.

На тех, кто видит это впервые, экспоненциальный рост производит сильное впечатление. Как я и обещал, расскажу об этом важном явлении поподробнее. Можно привести массу наглядных примеров. Сложив лист бумаги пополам, вы получите два слоя. Снова сложите тот же лист пополам – будет четыре слоя. Еще раз сложите пополам – получите восемь слоев. Вам удастся повторить эту процедуру еще три раза – пачка в шестьдесят четыре слоя будет уже слишком плотной. Но допустим, жесткость заготовки вам не мешает, и вы продолжаете ее складывать – и сложите, скажем, пятьдесят раз. Насколько толстая получится пачка? Такая, что выйдет за границы земной атмосферы и даже за орбиту Марса.

Точно так же число клеток растущего организма, удваиваясь в каждой его точке, быстро достигает астрономических значений. Голубой кит состоит примерно из ста тысяч миллиардов (1017) клеток. Но при идеальных условиях благодаря высоким темпам экспоненциального роста этот великан вырастает всего за 57 клеточных генераций. Под клеточной генерацией я подразумеваю одно удвоение. Вспомним, что клеток может быть 1, 2, 4, 8, 16, 32 и так далее. Поэтому после шести клеточных делений образуется 32 клетки. И если умножать их на два и дальше, через каких‐нибудь 57 клеточных поколений получится уже сто тысяч миллиардов клеток – вот вам и голубой кит.

На самом деле такой способ подсчета поколений клеток в клеточных линиях дает лишь приблизительную картину, не отвечающую действительности. Ясно только, что с каждым делением количество клеток удваивается. В реальности многие клетки заканчивают формирование какого‐нибудь органа – например, печени – и выходят из игры еще на ранних стадиях. Другие клетки продолжают удваиваться. Поэтому у голубого кита клеточные родословные имеют разную протяженность в зависимости от того, в постройке какой части его организма они участвуют. Некоторые из них насчитывают и больше пятидесяти семи поколений. Другие останавливаются на предыдущих делениях. Особая разновидность клеток – стволовые клетки: они остаются в запасе, с тем чтобы штамповать себе подобных.

Можно примерно оценить минимальное число клеточных делений, которые потребуются, чтобы вырастить животное известного веса при идеальных условиях. Договоримся, что у крупных животных нет сильно отличающихся по величине клеток, в основном у них такие же клетки, как и у мелких животных. Простой расчет показывает, что взрослого человека можно вырастить самое малое за 47 удвоений числа клеток, то есть всего лишь на 10 меньше, чем нужно, чтобы вырастить голубого кита. Как я уже говорил, это довольно приблизительные оценки. Верно тем не менее то, что интенсивность экспоненциального роста чрезвычайно высока, и незначительное изменение числа делений в клеточной линии приводит к резкому изменению масштаба образовавшегося множества клеток. Иногда в подобных изменениях повинны мутации.