От вируса — до сознания
Мир, который был здесь раньше нас
Мы живём в мире вирусов и микроорганизмов. Вы не верите? Посмотрите хотя бы внутрь собственного тела: количество бактериальных клеток в нём сопоставимо с количеством человеческих. Популярное утверждение, что бактерий обязательно в десять раз больше, оказалось преувеличением, но уточнённая арифметика не слишком успокаивает самолюбие. Мы привыкли считать себя отдельными существами, хотя носим на себе и внутри себя огромное сообщество другой жизни. Причём большинство жильцов заселилось без нашего разрешения.
Если считать по биомассе, Земля окажется прежде всего миром растений. Поменяем способ подсчёта — получим другую картину. Поэтому «мир динозавров» или «мир человека» — ещё и вопрос того, куда мы направили взгляд. Динозавр заметен, бактерия — нет. Но невидимость никогда не означала незначительности.
Сказать, кто появился первым, гораздо труднее. Особенно если речь идёт о вирусах: единственного доказанного сценария их происхождения нет, а разные группы могли иметь разную историю. Мы восстанавливаем начало этой истории по молекулярным обломкам, пережившим невообразимое количество поколений. Инструкция по первоначальной сборке, как обычно, потерялась.
Даже привычное древо жизни оказывается сложнее школьного рисунка. Мы изображаем общего предка, расходящиеся ветви и наследование от родителей к потомкам. Но особенно у бактерий и архей информация умеет двигаться ещё и поперёк: через горизонтальный перенос генов. Клетка может получить ДНК из окружающей среды, от другой клетки или при участии вируса. У эукариот такие приобретения тоже встречаются. Родословная сохраняется, но уже не объясняет происхождение каждого участка генома.
Получается дерево с прививками и сросшимися ветвями. Местами оно напоминает грибной мицелий: нити расходятся, пересекаются, и уже не так просто понять, кто кому передал очередное наследство.
Сам гриб, кстати, тоже плохо помещается в привычные бытовые категории. Он не растение, а по эволюционному родству ближе к животным. Однако животным, которое «забыло завести желудок», его можно назвать только в шутку. Многие грибы выделяют пищеварительные ферменты наружу, расщепляют вещества вокруг себя и всасывают получившиеся молекулы. Тонкие гифы дают большую поверхность контакта с субстратом. Получается существо, которое не столько находится в среде, сколько пронизывает её собственным телом.
Мы вообще слишком любим организмы с понятными краями. Нам спокойнее, когда можно показать пальцем: вот он начинается, вот заканчивается. Жизнь этого удобства не обещала.
Где заканчивается химия
Стоит спросить, что проще вируса, — и привычная граница между живым и неживым начинает расползаться.
Есть вироиды: маленькие кольцевые молекулы РНК без белковой оболочки и без генов, кодирующих собственные белки. В подходящих клетках растений они воспроизводятся, используя чужой молекулярный аппарат. Наследственная информация есть, а почти всё хозяйство, необходимое для её копирования, принадлежит хозяину. Биологический минимализм, доведённый до сомнительной порядочности.
Есть прионы. Здесь отдельного инфекционного генома из ДНК или РНК уже нет. Определённая пространственная форма белка способствует перестройке других молекул того же белка по своему образцу. Распространяется не текст генетической инструкции, а способ складывания молекулы. Иной раз ошибка формы оказывается вполне способна продолжить себя — с тяжёлыми последствиями для того, внутри кого происходит этот эксперимент.
Очень хочется расположить всё в аккуратную очередь: химия, ферменты, прионы, вирусы, клетки. Но это не эволюционная лестница. Перед нами разные сочетания свойств: где-то есть копирование наследственной информации, где-то — воспроизведение структуры; одни системы обладают собственным обменом веществ, другие используют чужой. Сам вопрос о «живом вирусе» зависит от того, какие признаки мы считаем обязательными для жизни.
Граница получается похожей на береговую полосу. Издали всё ясно: вот море, вот суша. Подойдёшь ближе — волны, мокрый песок, лужи, приливные каналы. Различие никуда не исчезает, но провести одну вечную линию оказывается трудно. Возможно, наше желание непременно поставить на ней пограничный столб говорит больше о нас, чем о природе.
Жильцы с древними документами
Некоторые древние микроорганизмы, кажется, вообще исчезли из поля зрения. Не вымерли — стали частью других существ.
Такова история митохондрий. В глубокой древности бактерия вошла в тесный союз с клеткой-хозяином, и постепенно союз превратился в общую конструкцию. Часть генов симбионта потерялась, часть перешла в ядерный геном; обмен веществ и размножение оказались связаны, возникли системы доставки белков внутрь новой органеллы. Сегодня митохондрия — не спрятанная самостоятельная бактерия, а полноценная часть клетки. Но собственная ДНК и устройство её молекулярного хозяйства сохраняют свидетельства происхождения.
Если перевести это на человеческий язык, хозяин когда-то пустил жильца, затем поручил ему важную работу, перенёс часть документов в общий архив и в конце концов перестроил весь дом под совместную жизнь. Выселить постояльца теперь означало бы разобрать значительную часть собственного хозяйства.
Однако старые документы иногда напоминают о себе. При повреждении тканей митохондриальная ДНК и некоторые другие молекулы могут оказаться там, где их не должно быть, и запустить врождённую иммунную реакцию. Здесь важно не перепутать: иммунитет не считает исправную митохондрию незаконным мигрантом. Он реагирует на признаки повреждения, некоторые из которых похожи на бактериальные сигналы. Своё вещество в неположенном месте тоже бывает достаточным основанием для тревоги.
У предков растений и ряда водорослей произошло ещё одно такое объединение — с цианобактерией, от которой произошли первичные пластиды, включая хлоропласты. В клетке уже существовало митохондриальное хозяйство, а к нему добавилось фотосинтетическое. Потомки разных древних симбионтов оказались сотрудниками одного предприятия.
Поэтому фраза «растения едят солнце» так соблазнительна. Конечно, свет даёт энергию, а вещество для построения органики поступает прежде всего из углекислого газа и воды. Но сам образ прекрасен: дерево под окном обязано своей зелёной жизнью союзу, заключённому задолго до появления деревьев.
Буквально прибавлять органеллы к числу свободноживущих бактерий было бы неправильной бухгалтерией. Зато помнить, из какого совместного прошлого сложилось то, что мы называем «одним организмом», весьма полезно. Единство не обязательно означает простоту происхождения.
Миллиарды лет до нашей реплики
Здесь стоит посмотреть на часы. Не на те, по которым пора ужинать, а на те, по которым человеческая история едва успевает начаться.
Убедительные свидетельства жизни известны из пород возрастом около 3,5 миллиарда лет. Есть основания обсуждать и более раннее существование жизни, но чем дальше мы отступаем, тем больше приходится опираться на спорные интерпретации и модели. Возраст самого начала остаётся неопределённым; древность уже существовавшей жизни — нет.
Первые огромные отрезки этой истории прошли в мире микроорганизмов и почти бескислородной атмосферы. Заметное устойчивое накопление атмосферного кислорода началось примерно 2,5–2,4 миллиарда лет назад. Это не значит, что до того кислорода нигде не было, а после него вся планета немедленно стала пригодна для нашего дыхания. Перестройка была длительной, неоднородной и совершенно не ориентированной на удобство будущего человека.
Многоклеточность тоже не появилась однажды по общему распоряжению: разные линии осваивали её независимо. Многоклеточные эукариоты известны из пород старше 1,5 миллиарда лет, тогда как история животных относится к гораздо более позднему времени — последним примерно 600 миллионам лет и их предыстории. Между простым объединением клеток и организмом с разнообразными тканями лежит ещё немало эволюционной работы.
Нашему виду, Homo sapiens, — около 300 тысяч лет. Если условно сжать 3,5 миллиарда лет жизни до одних суток, на его существование придётся примерно семь последних секунд. Это не дата рождения сознания: у него нет установленного дня появления, совпадающего с возникновением нашего вида. Но масштаб получается выразительный. Мы вошли в зал под самый конец и уже интересуемся, почему весь спектакль устроен не совсем по нашему вкусу.
Задолго до животных клеточная жизнь освоила фундаментальное хозяйство: работу с наследственной информацией, синтез белков, использование АТФ, мембран и разнообразных способов получения энергии. Многоклеточным организмам не пришлось заново изобретать всю биохимию. Значительная часть двигателя уже работала.
Но сказать, что к тому времени были сыграны все химические партии, — значит остановить эволюцию раньше положенного. Ферменты продолжали изменяться; возникали новые функции, специализации и способы регулирования. Причём «лучше» не обязательно означало «быстрее»: иногда важнее избирательность, устойчивость или способность вовремя выключиться. В организме постоянно работающий на полной мощности механизм может быть не достижением, а диагнозом.
Особенно многое многоклеточность изменила в организации работы. Даже часть инструментов клеточной связи и прикрепления существовала у одноклеточных родственников животных. Новая задача состояла в том, чтобы множество клеток одновременно делало разное и при этом не разбежалось по собственным интересам. Если продолжить инженерную аналогию, древний двигатель получил распределённую систему управления — не вместо дальнейшего совершенствования деталей, а вместе с ним.
Архитектура без архитектора
Но кто вообще является главным действующим лицом этой истории?
Ген-центрированный взгляд, известный благодаря «Эгоистичному гену» Ричарда Докинза, предлагает следить прежде всего за наследственными вариантами, проходящими через поколения. Организм в таком ракурсе — временный носитель, внутри которого эти варианты совместно участвуют в построении очередной жизнеспособной конструкции. Не обязательно весь геном целиком: при половом размножении сочетания генетического материала меняются.
Представьте город, в котором столетиями сменяются здания. Исчезают деревянные дома, возникают каменные, затем бетонные и стеклянные. Архитектура меняется быстрее, чем основные потребности жильцов. С генами аналогия не буквальна — они тоже эволюционируют, — но поворот взгляда полезен: долговечнее отдельного сооружения может оказаться не оно само, а продолжающаяся через него линия наследования.
Никакого сознательного строительства здесь нет. Ген не хочет выжить и не знает, что существует. Просто варианты, которые успешнее передаются дальше, при соответствующих условиях распространяются. Из процесса без замысла возникают конструкции, чрезвычайно похожие на результат замысла. А некоторые из этих конструкций затем пишут книги о том, что всё наверняка было задумано именно ради них.
Это не отменяет организмов, клеток и других уровней отбора. Напротив, делает картину многослойной: сотрудничество и конфликт могут происходить на разных этажах одной системы. И вопрос «кто здесь временный — ген или я?» становится не столько ответом, сколько хорошим способом испортить себе привычное чувство центрального положения во Вселенной.
Когда клетка выходит из договора
Многоклеточный организм можно представить как договор о взаимных ограничениях. Клетка получает место в общей системе и подчиняет ей деление, специализацию и взаимодействие с соседями. В определённых обстоятельствах она запускает апоптоз — регулируемую клеточную гибель. Сигнал может прийти извне или возникнуть внутри самой клетки: например, когда повреждения делают дальнейшее существование опасным.
При раке часть этих ограничений нарушается. Изменения, губительные для организма, могут давать преимущество отдельному клеточному клону. Не обязательно получается бессмысленная «поломка»: иногда возникает вполне работоспособная система, только работающая уже не на общее благо. Образ клетки, которая «вспоминает одноклеточность», связан с реальными эволюционными моделями рака, но остаётся образом. Опухоль не возвращается буквально в древнее прошлое и продолжает использовать многие возможности многоклеточного организма.
Особенно остро это ощущается в истории Генриетты Лакс. В 1951 году из её опухоли шейки матки получили клетки, давшие начало линии HeLa. Генриетта умерла в том же году; потомки взятых клеток продолжают размножаться в лабораториях.
Здесь важно не увлечься красивой страшной метафорой. Само выращивание вне тела ещё не превращает клетку в самостоятельный организм. HeLa существует в поддерживаемых лабораторных условиях, а не свободно живёт в ближайшей луже. Поразительно другое: линия приобрела способность к длительному продолжению вне исходного тела. Это не бессмертие человека. Это иной масштаб того, что вообще может продолжаться после него.
И словно этого недостаточно, клеточная система умеет использовать одни и те же детали для противоположных задач. Цитохром c внутри митохондрии участвует в переносе электронов. При выходе в цитоплазму он может стать участником запуска апоптоза. В одном месте белок помогает поддерживать энергетическое хозяйство, в другом — включить программу завершения работы. Электрик оказался ещё и сотрудником службы демонтажа.
Поэтому живая клетка плохо укладывается в представление о коробке с однозначно назначенными шестерёнками. Важна не только сама деталь, но и её положение, состояние и окружение. Слово «квантово-механический» здесь верно в том же фундаментальном смысле, что для всей материи, однако объяснением не служит. Квантовая механика не освобождает нас от необходимости разбираться в биохимии. Загадочного и без этого достаточно.
Сознание — не только зритель
На другом конце выбранного нами масштаба находится сознание: способность читать эти строки, понимать их, возражать автору и замечать собственное возражение. Не предусмотренный заранее финал эволюции, а часть жизни, которая получила возможность задавать вопросы о самой себе.
Этот наблюдатель не совсем пассивен. Например, исследования показывают, что переоценка ситуации — изменение способа её осмысления — может менять эмоциональную реакцию. Даже намеренное выражение улыбки в некоторых условиях немного влияет на переживание радости. Но из этого не следует, что настроение включается лицевыми мышцами, как настольная лампа, или что любое страдание исправляется правильным внутренним монологом.
Для нас здесь важна практическая разница между двумя совершенно разными задачами: убедить себя, что опасности нет, и постараться увидеть её без лишней паники. Первая иногда заканчивается очень плохо. Вторая хотя бы оставляет место для оценки положения. Самовнушение не срастит перелом и не отменит обрыв. Полезная цель скромнее: не добавлять к уже случившемуся ещё и поспешное решение.
Это не экзамен на силу характера. Человек не обязан уметь выключать страх, а невозможность немедленно успокоиться не делает его виноватым в происходящем. Но знание собственных реакций тоже заслуживает изучения — наряду со знанием местности, растений и содержимого аптечки.
Именно между этими масштабами я и хочу расположить VIRUSALIM. На одном краю — молекулы, вирусы и клетки; на другом — сознание, которое может узнать о них и попытаться учесть это знание в собственной жизни. Между ними находится мир, где мы завтракаем, принимаем лекарства, гуляем, ошибаемся и иногда совершенно неожиданно оказываемся в беде.
Выживание в обыкновенном мире
Для серьёзной неприятности необязательно отправляться в экспедицию. Иногда достаточно банки домашней консервации: ботулинический токсин нельзя надёжно распознать по вкусу, запаху или внешнему виду. Привычная вещь не обязана предупреждать, что перестала быть безопасной.
Но этот сайт не должен превращаться в коллекцию способов испугать читателя. Меня интересуют и опасности, и возможности: пища и её хранение; растения и их двойники; лекарства и взаимодействия; вода, холод, жара и рельеф; вынужденная ночёвка, потерянный маршрут, усталость и собственная психика. Где полезно знание? Где оно не заменяет снаряжения, помощи или специалиста? Что кажется очевидным только до первого столкновения с реальностью?
Не всё необычное опасно. И не всё обыденное безопасно.
Иногда полезная мысль находится в научной статье, иногда — в старом туристическом руководстве, иногда — на форуме среди советов весьма неодинакового качества. Я когда-то сделал по такой подсказке рюкзак из большой пластиковой канистры. Жёсткий корпус оказался удобен для переноски ягод, грибов и хрупких вещей: содержимое не сминалось, как в обычном мешке. Никакой мистики, просто удачное устройство. Но для человека, которому оно пригодилось, знание перестаёт быть мелочью.
Источник идеи и доказательство её безопасности — не одно и то же. Поэтому здесь важно не только рассказать, что происходит, но и показать, откуда это известно. Где установленный факт, где объясняющая модель, где спор, а где интересное наблюдение, которое ещё предстоит проверить.
VIRUSALIM — информационный, а не консультационный проект. Он не должен ставить диагнозы или выбирать лечение за читателя. В материалах о лекарственных взаимодействиях ориентиром будет действующее вещество; читатель сможет сопоставить его со своим препаратом по местной инструкции и обсудить вопрос с врачом или фармацевтом. Найденная статья — не команда самостоятельно менять назначение.
Мне хочется, чтобы человек уходил отсюда не с ощущением «теперь я всё знаю», а с более полезным набором вопросов. Что я упускаю? Какие условия меняют картину? Где кончается моя уверенность? И что стоит выяснить до того, как обстоятельства потребуют немедленного ответа?
Потому что мир не обязан согласовывать свои свойства с нашим представлением о нём. У природы, к сожалению, нет отдела, принимающего жалобы на неожиданные последствия.
Паломничество
Наша жизнь — короткое паломничество из небытия в мир, который существовал задолго до нас. Мы можем ставить любые цели, думать о вечном и сосредоточиваться на главном. Но всё это происходит внутри среды, которую невозможно отменить невниманием.
Игнорировать её — примерно как в детстве зажмуриться и решить: раз я никого не вижу, значит и меня никто не видит. Иногда такой способ действительно какое-то время работает. Машину, однако, он не отменяет.
От вируса — до сознания, от древнего клеточного симбиоза — до человека, пытающегося не поддаться страху: всё, что помогает лучше понимать происходящее и разумнее в нём действовать, — территория VIRUSALIM. Не обещание бессмертия и не инструкция на все случаи. Скорее попытка уменьшить число неприятных сюрпризов, которых можно было избежать.
И если хочется продлить это паломничество — ради себя любимого или ради других, — полезно хотя бы иногда смотреть на мир открытыми глазами.
Добро пожаловать в Вирусалим.