Что такое жизнь? Понять биологию за пять простых шагов

Соединение различных модулей в живых организмах генерирует более сложные модели поведения. В качестве метафоры возьмем различные функции смартфона. Каждую функцию – способность звонить, выходить в интернет, снимать фото, проигрывать музыку, посылать письма и так далее – можно уподобить модулям, действующим в клетках. Производителю смартфона необходимо удостовериться в слаженной совместной работе всех различных модулей, ведь только тогда предписанные функции будут выполняться. Для этого инженеры создают логические карты, отображающие поток информации между разными модулями. Огромное преимущество того, что специалисты приступают к разработке нового телефона на уровне модулей, состоит в возможности проверки функциональности проекта, не путаясь в деталях отдельных частей. Следовательно, им нет нужды с самого начала тратить силы на огромное число отдельных транзисторов, конденсаторов, резисторов и других бесчисленных электронных компонентов, входящих в каждый модуль.

Применение такого же подхода значительно повышает шансы понять работу клетки. Если мы понимаем функции различных модулей клетки и то, как клетка их объединяет для управления информацией, не обязательно досконально знать молекулярные подробности действия каждого модуля. Приоритетом должно быть улавливание смысла, а не составление описи множества составляющих. Я мог бы, к примеру, представить вам список и частоту встречаемости всех слов в этой книге. Наличие такого каталога было бы подобно списку запчастей без руководства по эксплуатации. Вы получили бы представление о сложной структуре текста, но почти весь смысл был бы утрачен. Чтобы ухватить смысл, надо читать слова в строгом порядке и научиться понимать, как они передают информацию на более высоком уровне, в виде предложений, абзацев и глав, которые, взятые вместе, позволяют рассказывать истории, делать отчеты, связывать идеи и давать пояснения. То же самое имеет место, когда биолог каталогизирует все гены, белки или липиды в клетке. Это важная исходная точка, но на самом-то деле требуется понимание того, как все эти составляющие, работая вместе, формируют модули, благодаря которым клетка сохраняет жизнеспособность и может воспроизводиться.

Аналогии, взятые из электроники и вычислительной техники вроде приведенного примера со смартфоном, полезны для понимания клеток и организмов, однако следует прибегать к ним с осторожностью. Модули обработки информации в живых существах и в сделанных человеком электронных схемах во многих отношениях очень отличаются друг от друга. Цифровое аппаратное обеспечение в целом статично и жестко, потому и зовется «железом». Напротив, «проводка» клеток и организмов более пластична и динамична, будучи основана на биохимических веществах, способных распространяться сквозь воду в клетках, перемещаясь между клеточными зонами, а также между самими клетками. В клетке компоненты могут гораздо свободнее восстанавливать прежние связи, менять положение и функции, эффективно перенастраивая всю систему. Тут наши призванные на помощь метафоры программного и аппаратного обеспечения утрачивают пригодность, в связи с чем системный биолог Деннис Брэй ввел в обращение удачный и остроумный термин «жидкие технологии»[6] для описания более гибкого вычислительного материала жизни. Клетки создают связи между своими различными компонентами посредством жидкостной химии.

Это же справедливо и в отношении мозга, архетипического и очень сложного биологического компьютера. В течение вашей жизни нервные клетки растут, уменьшаются, создают и разрушают связи с другими нервными клетками.

Для того чтобы всякая сложная система вела себя как целенаправленное целое, необходима эффективная коммуникация как между различными компонентами системы, так и с окружающей средой. В биологии мы называем задействованную в коммуникации группу модулей сигнальными путями. Выбрасываемые в кровь гормоны типа инсулина, регулирующего уровень сахара в крови, служат одним примером сигнального пути, но имеется и множество других. Сигнальные пути передают информацию внутри клеток, между клетками, между органами, между целыми организмами, между популяциями организмов и даже между разными видами в целых экосистемах.