Как бактерии сражаются с хаосом

Принципиальная схема терапевтического клонирования человека.

По индексу цитируемости Чарлз Дарвин до сих пор остается легендарной фигурой в биологии. Через 150 лет его идеи, как инфовирусы, прилипают ко всему, что живет, дышит и двигается. Без Дарвина невозможна современная биология, кибернетика, социология, культура, экономика. Эволюционизм не только упорядочил многие вещи прошлого, но и захватил будущее. Дарвин неотделим от современных парадоксов развития, хотя коды эволюции до сих пор не расшифрованы.

═

Биология мегабайтов

═

Выдающиеся последователи дарвинизма искали итоги и смысл биологии только на кругах эволюции. Любой прогресс, находки, прорывы в новое качество индивидуальной жизни обнулялись смертью. Летай иль ползай – конец известен. Эволюцию в ХХ веке представляли как смертельный спорт за будущее половых гамет. Биологическая перспектива существовала только у вида. Суть каждой жизни сводилась к репродуктивному успеху.

Однако открытие стволовых клеток и их удивительных возможностей в эмбриогенезе добавили новые важные страницы в общую панораму знаний. Лишь недавно ученым открылось, что биологическое разнообразие вида, его реальных и скрытых возможностей задается не только каталогом генов, но и огромным разнообразием сборок клеток в зародышевом развитии – эмбриогенезе. Оказалось, что «горячий цех» онтогенеза (индивидуального развития организма) управляет филогенезом вида (процессом развития мира живых организмов – как в целом, так и отдельных групп). Особенно это актуально в случае самоусложнения организма или приобретения новых качеств на стыке мира биологии и мира смысловых мегабайтов.

Пожалуй, только специалисты-биологи знают, что все формы жизни в первую очередь сражаются за место под солнцем не друг с другом, а против хаоса окружающего мира. Клетки бактерий, мухи и человека – это киллеры хаоса. Их оружие – универсальный химический порядок, организованное поведение молекул и органелл, контролируемое едиными программами.

Поведение целой клетки – это интегральный итог упорядоченного поведения молекул и клеточных органелл. Клетки прежде всего реагируют на новизну. Молекулярные языки – это то, что позволяет клеткам учиться. Клетки как процессоры имеют свою информационную среду и время. Без молекулярных сетей и универсального молекулярного языка нет матрицы, соединяющей сегодня, вчера и завтра, вход и выход процессора. Если ДНК – это каталог генов, то клетка – это информационная среда (чип). Внутри микропроцессора работают законы молекулярной генетики. Чип, работающий в режиме постоянного обучения, генерирует на выходе более сложные ответы по сравнению с входными сигналами. С помощью рецепторов (молекулярных антенн – простейших аналогов органов чувств) клетки получают информацию о наиболее важных химических или физических переменах в окружающей среде.

═

Микробы как информационные чипы

═

Клетки как организованные химические структуры находятся в руках химии и необратимых законов старения ДНК, белков, митохондрий, других структур, в которых накапливаются ошибочные, испорченные молекулы. В мире живого нельзя отменить законы химии и необратимые циклы порчи информационных молекул.

Однако можно наладить поставку новых клеток в организм и дополнительных раундов обновления клеток в органах. Это можно делать с помощью стволовых клеток. Стволовые клетки являются оружием против преждевременной гибели организма. Длительность существования организма во многом определяется количеством и качеством его стволовых клеток.

Знаменитый американский биохимик Дэвид Кошланд, проработавший главным редактором международного журнала Science 20 лет, первый заговорил о микробах как информационных чипах, наделенных целесообразным адаптивным поведением. Богатый репертуар выходных поведенческих ответов подтвердил наличие обучения на уровне одной бактериальной клетки. Микробы для выживания научились маневрировать новизной в устройстве генов. Эпохи интенсивной радиации, геологических катаклизмов, ледниковые периоды – все глобальные перемены фиксировались в геномных сетях одноклеточной жизни.

Мир бактерий превратился в «горячий цех» производства новых генов. Только у бактерий треть всей потребляемой энергии и веществ уходит на биоинформатику – библиотеку новых генов. Бактерии побеждают в борьбе с хаосом не уменьем, а числом повторов. Новизна с помощью ретровирусов и мобильных генов быстро «растаскивается» и множится по геномам многоклеточной жизни, включая человека и млекопитающих.

Работа, проделанная бактериями, превращается в новые феномены и качество жизни в мире многоклеточной жизни. Время жизни бактерии – 20 мин. Они не успевают конкурировать, штампуя новые ДНК. Борясь с хаосом, бактерии буквально свели к нулю индивидуальную жизнь во имя процветания вида. Становится понятным, почему в мире бактерий нет стволовых клеток. Индивидуальная жизнь бактериальной клетки буквально растворилась в информационных сетях бактерий.

Уже на ранних этапах эволюции мир бактерий двигался в сторону многоклеточного симбиоза или кооперации для борьбы с преждевременным исчезновением. Бактерии научились бороться со смертью с помощью спор. Споры перестают делиться, химическая жизнь в них остановлена, а ДНК законсервирована для длительного хранения в неблагоприятных условиях. Споры – эффективное оружие против смерти. Эволюция его использует для сохранения ДНК в неблагоприятных условиях.

═

Все мы немножко клоны

═

Случайные события в мире живой природы не всегда ведут к случайным результатам. Наиболее яркий пример – создание множества проектов многоклеточной жизни на платформе универсальных правил эмбриогенеза. Во-первых, каждый организм был клоном одной клетки, во-вторых, гены эмбриогенеза контролировали сборки клеток на уровне межклеточных контактов. В-третьих, расширяющаяся вселенная генов эмбриогенеза эволюционирует как единая сеть и шкала событий. В-четвертых, сражаясь с хаосом несуществования, многоклеточные организмы создали особый сорт клеток-программистов, способных повторять онтогенез. Они получили название эмбриональные стволовые клетки (ЭСК). С помощью стволовых клеток многоклеточная жизнь вышла на новые рубежи долголетия, которые не могли объясняться только требованиями репродукции.

Возникновение стволовых клеток зародышей и взрослого организма было гениальным изобретением природы, которое позволило бороться с преждевременной гибелью многоклеточных. Долголетие, здоровье человека и высших организмов построено на постоянной сменяемости клеток в органах. Есть поговорка: «Клетки приходят и уходят, а территории организмов остаются неприкосновенными». Стволовые клетки являются тем «офшором молодости», где создаются и готовятся новые и новые поколения клеток. Благодаря стволовым клеткам, пределы жизни организма намного превысили все рекорды долголетия отдельных клеток в организме.

Стволовые клетки наделены невероятной пластичностью – даже в начале развития, когда организм состоит из десятков–сотен клеток, они варьируют программами развития. Новые особи из клеток можно собирать разными путями – это как игра в шахматы. Сохраняя неизменной стратегию развития и главные программы эмбриогенеза, внутриутробные сборки клеток наделены достаточной степенью свободы. Эти потенциальные возможности развития необходимы для непредсказуемого будущего, в котором оказываются новые поколения организмов.

═

Эволюция без Дарвина

═

Новые качества у быстро прогрессирующих видов (человек, насекомые) не связаны с созданием нового «парка» клеток. У человека за время эволюции не возникло ни одной новой соматической клетки с новыми функциями, хотя в головном мозге появились новые центры и гены речи, обучения, смысловой памяти. Компьютерное моделирование показало, что добиться устойчивого функционирования новой клетки с набором 10 тыс. генов – невероятно сложная задача. Эволюция не двигается в сторону создания новых клеток. Проще – создать новую функцию в органе за счет комбинации старых клеток, которые можно собрать в эмбриогенезе. 40-процентная внутриутробная гибель зародышей и плодов человека – плата за этот креативный эмбриогенез.

Фактически эмбриогенез – это программирование устройства и функций организма на отдаленное будущее. Качество жизни, закладываемое в зародыш, не может оцениваться сразу, немедленно. Эволюция не в состоянии напрямую контролировать качество и потенциал новой жизни. Например, способность к дискриминации новизны и обучению в современных условиях может оказаться более мощным оружием, чем клыки или мышечная сила.

У человека эволюция головного мозга породила абстрактно-символическую познавательную систему, управляющую его поведением. С помощью мысли человек не только предсказывает обстановку вокруг собственной персоны, но и открывает неизвестные свойства живой и неживой материи.

Теория эволюции Дарвина не может объяснить самого Дарвина – способности мозга генерировать новые глобальные идеи, которые не подвергаются рутинной научной верификации или фальсификации. Появление таких гениев, как Дарвин, Эйнштейн, Моцарт и Чайковский, одной селекцией гамет никак не объяснить.

Думаю, что недалеко то время, когда высшие тайны работы головного мозга будут увязаны с быстрой эволюцией сборки нервных клеток в новые информационные процессоры, генерирующие «прыжки» качества в мир смысла, красоты и мегабайтов. С помощью информации и новых языков человек осваивает новые пространства существования, которые покидают биологическую территорию. Человек не выживает, а творит в глобальных информационных сетях.

Это и есть новая эволюция человечества без Дарвина и клыков палеолита.