Страница 12 из 24
А-А-А-Ц-А-Ц-Ц-У-Г-Ц-У-У-Г-У-А-Г-А-Ц
То есть, получается как бы «оттиск» с исходной матрицы ДНК (сравните с приведенной выше строчкой ДНК).
Далее эта нить (иРНК) попадает в рибосому. Рибосома – один из самых замечательных органоидов клетки. Она является, по сути, аналогом компилятора компьютерной программы. В компиляторе компьютерной программы язык программирования высокого уровня (например, бейсик или паскаль) переводится в язык машинного кода, то есть, в машинные команды, предписания компьютеру выполнить какие-то действия. Аналогично и в рибосоме – язык нуклеотидов переводится в язык аминокислот. А именно, в рибосоме идет построение определенного белка по той самой информации, которая закодирована в последовательности нуклеотидов. После этого созданный белок начинает выполнять какие-то полезные действия в организме.
Генетический код, используемый рибосомой, можно посмотреть здесь (Рис. 14):
Рисунок 14. Наиболее распространенный вариант генетического кода живых организмов. Таблица соответствия кодонов (последовательностей из трёх конкретных нуклеотидов) конкретным аминокислотам. Английские буквы A, G, C, U соответствуют аденину, гуанину, цитозину и урацилу.
Здесь определенная последовательность из трёх нуклеотидов (так называемый кодон) соответствует одной определенной аминокислоте. Например, в нашем случае (расшифровываем нашу иРНК) последовательность из первых трех аденинов (ААА) соответствует аминокислоте лизину. Следующий кодон САС – соответствует аминокислоте гистидину. Следующий кодон СUG – это аминокислота лейцин. Далее CUU – это тоже аминокислота лейцин (такие взаимозаменяемые кодоны можно назвать синонимичными). Далее кодон GUA – обозначает аминокислоту валин. И наконец, кодон GAC обозначает аспарагиновую кислоту.
В результате, если в рибосоме окажется иРНК с последовательностью нуклеотидов:
А-А-А-Ц-А-Ц-Ц-У-Г-Ц-У-У-Г-У-А-Г-А-Ц
то на выходе рибосома выдаст следующую белковую цепочку (названия аминокислот сокращены):
Лиз-Гис-Лей-Лей-Вал-Асп
Таким образом, рибосома создаёт нужные организму белки строго по рецепту, записанному в ДНК в виде последовательности нуклеотидов. А сами белки, в свою очередь, отвечают за разные признаки и свойства конкретного живого организма.
Получается серьезная аналогия с компьютерной программой.[25] Допустим, целью и результатом работы какой-нибудь компьютерной программы является построение определенного изображения на компьютерном мониторе. Пусть это будет «прорисовка» какого-нибудь виртуального игрового персонажа. Например, какой-нибудь виртуальной девушки. Помимо прорисовки соответствующего виртуального объекта, будет неплохо, если компьютерная программа обеспечит еще и правильное «функционирование» этого изображения на компьютерном мониторе – запрограммирует соответствующие движения игрового персонажа, обеспечит целесообразное взаимодействие этой виртуальной девушки с окружающим её игровым миром. И тому подобное.
Точно так же, целью и результатом работы генетической программы, записанной в ДНК, является построение конкретного живого существа. И поддержание его существования. То есть, результатом работы генетической программы является не только построение тела живого существа (инфузории, дождевого червя или колибри), но еще и то, как это тело будет взаимодействовать с миром: избегать опасностей, искать источники пищи и т. п.
Таким образом, определенные аналогии между компьютерной и генетической программой очевидны.[26]
Ну а отличием между этими программами (генетической и компьютерной), является, во-первых, природа носителей информации (там намагниченные жесткие диски, а здесь длинные органические молекулы). Во-вторых, генетическая программа отличается от нашей (даже самой современной) компьютерной программы – запредельной сложностью. Наши компьютерные программы пока еще примитивны в сравнении с генетическими программами, по которым строятся живые организмы. Генетические программы живых существ (отдельные их части нередко называют генными сетями) насыщены генами-«включателями», «выключателями» и «переключателями», которые контролируют подотчетные им отдельные гены или целые генные каскады, а так же друг друга.[27] В результате получается примерно вот что (Рис. 15):
Рисунок 15. Генная сеть, то есть комплекс генов, так или иначе взаимодействующих с геном FOXP2, одним из ключевых генов, ответственных за формирование речи (Konopka et al., 2009). Здесь показаны только те гены, которые активно реагируют на разные модификации гена FOXP2 (человеческий или шимпанзиный). Есть еще и другие гены, тоже связанные с геном FOXP2, но работающие с ним независимо от того, какой конкретный вариант гена FOXP2 перед ними.[28]
Понятно, что разобраться в таких генетических программах очень непросто. Легче всего установить, что с чем взаимодействует. А вот для чего взаимодействует – здесь еще пока, как говорится, «черт ногу сломит» (С).
Так же запредельно сложны и сами живые существа (на организменном, тканевом, клеточном и молекулярном уровнях организации). Организация жизни на молекулярном уровне вообще представляет собой, по сути, чрезвычайно продвинутые нано-технологии. Даже в простейшей живой клетке успешно работают конвейерные линии из нано-машин и нано-механизмов, о которых мы пока можем лишь мечтать в смелых проектах. Например, знаменитый фермент АТФ-синтаза является самым маленьким роторным мотором в природе. Понятно, что сделаны все эти нано-машины из органики.
И самым замечательным свойством живых систем является их способность непрерывно и самостоятельно чинить самих себя (непрерывно самовоспроизводиться). Например, чтобы заменить мотор у вашей машины, Вы должны, во-первых, поставить вашу машину в гараж и выключить. И потом Вы будете заменять ей мотор (а не она сама). А вот воробей летит себе по своим делам, но прямо в это время в его сердце «отработанные» белки сердечной мышцы постепенно заменяются на новые. То есть, сердечная мышца сама себя всё время отстраивает и обновляет прямо в ходе работы. И таким образом непрерывно самовоспроизводится не только сердечная мышца, но и вообще всё тело воробья.
Однако вернемся к ДНК. Другими аналогиями ДНК могут являться: чертеж, рецепт или книга. Но аналогия с компьютерной программой, всё-таки, ближе всего к сути дела. Итак (еще раз) имеется определенная генетическая программа, согласно которой строится (и существует) тот или иной организм.[29] Эта программа записана на специальном носителе – длинных органических молекулах ДНК с помощью специального языка (генетического кода).
Эту программу можно разбить на некоторые отрезки, участки молекулы ДНК, которые ответственны за тот или иной конкретный признак организма. И эти отрезки, отвечающие за конкретные признаки, называются генами. А вся совокупность имеющихся генов (то есть вся генетическая программа отдельного организма в целом) называется генотипом. В качестве аналогии с компьютерными технологиями, отдельные гены можно уподобить отдельным программным функциям в общей компьютерной программе.
И вот теперь представьте. Допустим, я изучаю несколько генов уже упомянутой выше Николь Кидман, и несколько аналогичных генов кролика. И вижу, что в целом, эти гены похожи друг на друга. То есть, общая последовательность нуклеотидов сходна и у Николь Кидман, и у кролика на целом ряде отрезков ДНК. Но я вижу и серьезные отличия. Многие нуклеотиды заменены на другие. В результате, на выходе должен получаться несколько другой белок (с другой последовательностью аминокислот).
25
Еще более точно – с интерактивной компьютерной программой.
26
Причем характернейшей чертой генетических программ является то, что генетические программы исключительно интерактивны. Подобно тому, как в компьютере (например, в какой-нибудь компьютерной игре) – программа (точнее, программно-аппаратный комплекс) постоянно ожидает от своего пользователя определенных внешних сигналов (нажатий на мышку, клавиатуру или прикосновений пальцев к сенсорному экрану) – чтобы определиться в каждый новый момент времени, какие программные действия далее исполнять. Так же и в геноме – каждую секунду сотни разных генных комплексов (аналоги отдельных программных функций, процедур или подпрограмм) – ожидают внешних сигналов (в виде специфических сигнальных веществ), чтобы определить, начинать ли исполнение данной «генетической процедуры», или не начинать (или же исполнять процедуру только строго определенным способом).
27
В отличие от компьютерной программы (где работают электронные сигналы), в генетической программе разные включения и переключения генов и генных каскадов производятся химическим способом, с помощью различных сигнальных веществ и химических меток, «мишеней» (на генах), предназначенных для этих сигнальных веществ.
28
Можно посмотреть и на другие генные сети, например, на комплекс взаимодействующих генов, контролирующих апоптоз – запрограммированную клеточную смерть (Колчанов Н.А. «Ловчие сети эволюции»: http://wsyachina.narod.ru/biology/life_evolution_3/gene_network.html). Или еще: http://www.john.ranola.org/wp-content/uploads/2012/01/RadNet.jpg и т. п.
29
На всякий случай отмечу – некоторые биологи сомневаются в том, что для построения тела живого существа достаточно только тех генетических инструкций, которые записаны в ДНК. Они считают, что для объяснения построения тела живого объекта нужно привлечение еще каких-то сущностей (помимо генетической программы). Например, в качестве такой сущности нередко озвучивается некое «морфогенетическое поле» (в самом еретическом смысле этого термина). Не исключено, что это действительно так, но здесь мы для простоты этот вопрос обсуждать не будем.