Дикие гены

На генном уровне это выглядит следующим образом: лактозный оперон содержит план по синтезу белка, который отвечает за усвоение бактериями молочного сахара. Контроль за запуском этого плана и его интенсивностью осуществляется так называемым промотором – участком ДНК, который находится в непосредственной близости от места сборки белков. Он берет на себя функции центра управления. Если в клетке нет молочного сахара, центр управления заблокирован. За это отвечает лактозный репрессор – белок, который присоединяется к ДНК и мешает считывать инструкции. Это можно сравнить с ситуацией, когда вы в какой-то день решили ответить на все послания по электронной почте, но, как назло, постоянно звонит телефон и мешает вам. На одно-два письма вы еще как-то сможете ответить, но об эффективной работе можно забыть.

То же самое происходит и с лактозным опероном. Несмотря на помехи репрессора, он все же производит небольшое количество белков, но до тех пор, пока имеется виноградный сахар, эти белки не активизируются. И только когда вся глюкоза заканчивается, в клетку начинает поступать молочный сахар. Там он присоединяется к репрессору, который после этого отделяется от ДНК. Теперь лактозный оперон активизируется и начинает полным ходом производить белки до тех пор, пока не закончится весь молочный сахар. Затем репрессор вновь присоединяется к промотору и отключает его.

Если процесс переработки молочного сахара показался вам слишком скучным, у нас есть еще один пример генного регулирования. Это ген под названием Супермен, играющий важную роль в развитии мужских половых признаков цветка Arabidopsis thaliana (еще одного любимого объекта для биологических экспериментов). Небиологи пренебрежительно называют его сорняком. Активность Супермена сдерживается белком, за кодирование которого отвечает ген Криптонит. Кстати, существует и ген, обладающий очень большим сходством с Суперменом, но не столь сильный. Его название – Кларк Кент[1].

Вырисовывается такая картина: фрагмент ДНК производит короткую РНК (матричную, или мРНК), которая, в свою очередь, кодирует синтез белка. А белок отвечает за какой-то признак (возможно, малосущественный). Все очень точно и целенаправленно… Но жизнь совсем не так проста. Наша биология отличается креативностью и изобретательностью. Если что-то вообще способно функционировать, то оно обязательно будет воплощено в жизнь. Может ли существовать функция, которая возлагается не на белок, а непосредственно на РНК? А почему бы и нет? А что, если слегка видоизменить мРНК, чтобы она производила другой вариант белка? Так тому и быть! И перечень подобных возможностей можно продолжать до бесконечности.

Но как же звучит официальное определение понятия «ген»? Если вам сразу не приходит на ум идеальная формулировка, не огорчайтесь. Это не так просто. Ведь стоит только кому-то решить, что найдено хорошее определение, как какой-то живой организм тут же демонстрирует исключение из правил. В 2006 году 25 ученых собрались на два дня, чтобы отыскать современное определение. У них получилось следующее: «Ген представляет собой локализованный участок генетического материала, который соответствует единице наследственности, связанной с регулирующими, транскрибирующими и/ или другими функциональными последовательностями».

Звучит не слишком складно, но это наверняка еще не последнее определение. Нам же пока достаточно знать, что ген – это единица наследственной информации, необходимая для выполнения какой-то определенной функции. Но не теряйте бдительности. Кто знает, что еще может придумать природа, чтобы опровергнуть этот постулат…

Можно с уверенностью утверждать, что ДНК является носителем информации, а белки – оперативными единицами, на которых строится вся жизнь на нашей планете. Поддержку им оказывает РНК – своего рода мальчик на побегушках, выполняющий все посреднические функции между ДНК и белком, а также способный хранить информацию и самостоятельно выступать в роли фермента.

Но откуда, собственно, берутся РНК, ДНК и белки? Как они складываются в великую картину жизни?

Глава 2

Кометы, РНК и кухня жизни

В этой главе перед нами встанет вопрос, что было в начале: курица, яйцо или нечто совершенно другое? Кроме того, речь пойдет о лотерейных выигрышах и о том, не забыли ли инопланетяне свой мусор на нашей планете.

Да забери же у меня вещи в конце концов, – тетя Хедвиг небрежно сует мне свой тяжеленный чемодан, промокшее пальто с цветочным узором и шляпку из тех, что можно увидеть только в романтических английских фильмах. Затем она проходит в комнату и осматривает ее оценивающим взглядом.

– Та-а-ак, чем бы это нам сегодня заняться?

Все присутствующие знают, что это чисто риторический вопрос. Некоторое время спустя мы все вместе сидим на диване, и Хедвиг раскрывает старый фотоальбом. Сухо шелестят страницы. Я украдкой бросаю взгляд на часы, а затем на два альбома, которые еще лежат в чемодане. Это затянется надолго. Я оцениваю привезенные Хедвиг кексы. На вид они похожи на те, что были в прошлом году. В тот раз я не нашел в них ничего особенного и по вкусу они напоминали пыль прошедших десятилетий. Я думаю о том, как при первой же удобной возможности сплавить их в мусорку. Интересно, не нанесут ли они ущерб окружающей среде?

– Не стесняйся, угощайся, – говорит Хедвиг, перехватив мой взгляд.

Все взоры обращаются ко мне. Мои руки моментально становятся потными. Черт возьми! Я беру кекс и отправляю его в рот. Надо бы соврать и сказать, что очень вкусно, но изо рта доносится только что-то похожее на сдавленный кашель. Это действительно прошлогодние кексы…

– А вот, взгляни: это ты совсем маленький без штанов… А тут тебя воспитательница держит под мышкой, потому что ты надул на ковер.

Я слушаю, не в силах произнести ни слова, так как пытаюсь собрать во рту достаточное количество слюны, чтобы как-то проглотить кекс. Когда мне это в конце концов удается и я вновь могу ворочать языком, Хедвиг, углубившись в историю черно-белой эры., уже рассказывает всякие неприятные истории о людях, к степени родства которых приходится добавлять приставки пра- и прапра-.

Время идет, и к тому моменту, когда солнце садится за горизонт, я уже испытываю благодарность за то, что в каменном веке не было фотографии, иначе мы сидели бы до бесконечности и слушали бы что-то вроде «А это Горрк и его тетя Уругу. Однажды ночью он ни с того ни с сего с криком выбежал из своей пещеры и его тут же сцапал саблезубый тигр…».

Оглядываясь на прошлое, мы неизбежно задумываемся о происхождении жизни (а значит, и о происхождении генов, в том числе самого первого из них). Если подходить с научной точки зрения, можно попытаться провести мысленный эксперимент: «Предположим, я брошу в бочку лопату угольного порошка, добавлю туда флакон нашатырного спирта, залью горячей водой и сдобрю какими-нибудь экзотическими солями. Насколько велика вероятность того, что в бочке что-то забурлит и из нее вылезет мокрый Томас Андерс?»

Разумеется, вероятность этого очень невелика, потому что человек – очень высокоорганизованное существо, которое вряд ли само по себе возникнет из смеси компонентов. (Если бы было иначе, мы на каждом шагу выигрывали бы в лотерее по 500 евро. Что же касается «настоящего» Томаса Андерса, то лучше исходить из того, что он появился на свет более традиционным путем.) Скачок в степени сложности настолько велик, что его можно сравнить с прыжком с земли на крышу небоскреба. Если отбросить в сторону волшебство, то здесь поможет только лестница. Вот в лестнице-то все и дело! Если разложить грандиозный скачок на мелкие шаги, то он оказывается посильным.

1

Супермен и Кларк Кент – персонажи популярной серии комиксов; Криптонит – вымышленное вещество из этих же комиксов. – Прим. перев.