Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир

В последних главах мы рассматривали ДНК с более широкого физического ракурса, чем в первой части книги. Знания о природе этой молекулы и ее взаимодействиях с другими веществами, будь то белки вроде полимераз и Cas9 или неорганические структуры типа полупроводников из главы 13, наделили нас способностью читать и писать на языке генов. В следующей, заключительной, главе я больше расскажу о возможностях, которые предоставляет нам эта способность. Особое внимание я уделю редактированию человеческих геномов и видоизменению экосистем – темам, при обсуждении которых на передний план выходят этические вопросы. А еще я немного поразмышляю над тем, как биофизический ракурс формирует наши представления о мире и какое значение это имеет для решения практических и фундаментальных задач.

Глава 16. Конструирование будущего

Испокон веков человечество пытается открыть законы, которые объясняли бы жизнь во всей ее сложности. Например, в средневековой Европе и исламском мире бытовало мнение, что у каждого вида на суше есть аналог в море, поскольку Творец создал «коня и морского конька, собаку и морскую собачку, змею и угря», как отметил Т. Х. Уайт в предисловии к бестиарию, составленному в XII веке¹. Это представление не выдержало проверки временем – не было у него ни описательной точности, ни предсказательной силы, – но нам вполне понятна заключенная в нем надежда на то, что живым миром правит простая симметрия. Биология часто кажется какофонией – красивой, но непостижимой в своем головокружительном многообразии. Эволюция, конечно, дает нам объединяющую основу, но скорее проливает свет на процессы формообразования, сильно превышающие по длительности нашу индивидуальную жизнь, чем объясняет связи между формой и функцией.

За последние десятилетия, однако, мы сильно продвинулись в понимании глубинных принципов биологической организации, включая самосборку, случайность, регуляторные сети и масштабирование. Это физические основы жизнедеятельности всех живых существ. Их концептуальные схемы объединяют микроскопический и макроскопический миры, связывая структуру и динамику молекул с работой клеток, тканей и организмов в целом. Мы можем и дальше увеличивать масштаб: сообщества видов и целые экосистемы тоже подчиняются подобным законам². Так, математика роста популяций и превратности поиска пищи, как правило, демонстрируют хаотическую динамику с беспорядочными на вид показателями, отражающими случайность в микроскопическом мире. Конкуренция и кооперация приводят к появлению самоорганизующихся сетей взаимодействий, которые определяют размер популяций. Площадь и достаток, как мы вскользь отметили в главе 12, могут подчиняться общим закономерностям масштабирования. Мы прежде фокусировались в основном на масштабах от молекулярного до организменного – что, впрочем, вполне оправдано несметным количеством загадок, которые они в себе таят.

Знание биофизических принципов позволяет нам не только глубже понимать жизнь, но и перестраивать ее. Мы рассмотрели несколько примеров того, как постижение работы физических механизмов пересекается с вопросами здоровья и болезни – от поведения патогенных микробов до механики органов и прогнозирования рисков на основе секвенирования ДНК. В следующих разделах мы бросим взгляд на недавние примеры наших модификаций самих себя и окружающей нас среды, порождающие еще более пронзительные этико-социальные дискуссии. Хоть это и не центральная тема в нашем описании устройства жизни, было бы обидным упущением оставить столь проблемные вопросы за кадром. Кроме того, я полагаю, что выработанное биофизическое видение вещей поможет нам разобраться в сложных вопросах на стыке науки и этики, выявляя возможное и невозможное в мире технологий, которые популярные источники склонны описывать либо расплывчато, либо в сенсационном тоне.

У нас появляется все больше биотехнологических инструментов и примеров их применения. Хочется завершить разговор о них обзором того, что может ждать нас в будущем: воскрешение мастодонтов и мамонтов, прекращение потребления мяса животного происхождения, разработка лекарств от каждой болезни, рукотворные эпидемии, утопия или антиутопия создания «дизайнерских детей». Этот список, впрочем, бесконечен, а предсказывать будущее ой как нелегко. Затронем лучше более широкие темы, которые, надеюсь, будут полезны, куда бы ни привело нас будущее. В заключение копнем поглубже, как биофизическое понимание может раскрывать нам чудеса жизни, и выясним заодно, что означает это «понимание».

Что значит отредактировать эмбрион?