Река, выходящая из Эдема. Жизнь с точки зрения дарвиниста

Начнем с того, что само количество клеток белого медведя, в каждой из которых имеется полный набор генов, поражает воображение: около девятисот миллионов миллионов для взрослого самца. Если выстроить все клетки единственной медвежьей особи в ряд, то получившуюся линию можно было бы протянуть отсюда до Луны и обратно. Эти клетки распределяются между парой сотен четко различимых клеточных типов, более или менее общих для всех млекопитающих: мышечные клетки, нервные клетки, клетки костей, кожи и так далее. Клетки, принадлежащие к каждому из этих определенных типов, собираются вместе, формируя ткани: мышечную, костную и прочие. Во всех этих непохожих друг на друга клетках содержатся генетические инструкции по производству любой из них. Однако работают в них только те гены, которые необходимы для соответствующей ткани. Вот почему клетки из разных тканей отличаются друг от друга по форме и размеру. Еще любопытнее то, что гены, включающиеся в том или ином типе клеток, делают так, чтобы образующаяся из этих клеток ткань тоже принимала определенную форму. Кости – это отнюдь не аморфная масса жесткой и прочной ткани. Каждая кость имеет особые очертания со свойственными ей полыми трубками, шишками, впадинами, выступами и отростками. Клетки, благодаря включающимся у них внутри генам, запрограммированы вести себя так, словно им известно, где они расположены относительно своих соседок по ткани и как им следует выстраиваться, чтобы приобрести форму ушной раковины, сердечного клапана, хрусталика или мышцы сфинктера.

Сложность организма, такого как полярный медведь, многослойна. Организм представляет собой замысловатую совокупность филигранно отделанных органов вроде печени, почек или костей. А каждый орган – это многоуровневое строение, составленное из определенных тканей, строительными блоками которых являются клетки, обычно расположенные слоями и пластами, но нередко образующие и плотные скопления. Если же увеличить масштаб, то каждая клетка обладает крайне сложной внутренней структурой из складчатых мембран. Эти мембраны, а также жидкость между ними, служат полигоном для протекания хитроумных и очень разнообразных химических реакций. На химзаводе, принадлежащем компании ICI или Union Carbide, может проводиться несколько сотен реакций различного типа. Эти химические реакции разграничены стенками колб, пробирок и тому подобного. Количество реакций, одновременно протекающих внутри живой клетки, может быть не меньшим. В каком-то смысле мембраны клетки сродни стеклянной химической посуде, но аналогия эта неудачна по двум причинам. Во-первых, хотя многие реакции идут между мембранами, немало их протекает и непосредственно внутри вещества мембран. Во-вторых, здесь существует и иной, более важный способ отграничивать реакции друг от друга: каждая из них катализируется своим собственным специфическим ферментом.

Ферментом называется очень крупная молекула, чья трехмерная структура ускоряет какую-то одну определенную химическую реакцию, обеспечивая благоприятную для протекания этой реакции поверхность. А поскольку трехмерная структура – это в биологических молекулах самое главное, мы можем представить себе фермент в виде большого станка, тщательно отлаженного для того, чтобы штамповать молекулы определенной формы. Таким образом, внутри каждой отдельно взятой клетки – на поверхности различных молекул ферментов – могут одновременно и обособленно друг от друга протекать сотни разнообразных химических реакций. То, какие именно реакции происходят в данной клетке, определяется наличием в ней тех или иных ферментов в достаточном количестве. Формирование каждой молекулы фермента, в том числе и придание ей столь необходимой пространственной структуры, обусловлено действием некоего конкретного гена. Дело в том, что точная последовательность нескольких сотен кодовых знаков в гене определяет – в соответствии с набором правил, доподлинно нам известных и называемых генетическим кодом, – последовательность аминокислот в молекуле фермента. Каждый фермент – это линейная цепочка аминокислот, а каждая линейная цепочка аминокислот спонтанно сворачивается в особенную, уникальную трехмерную структуру, наподобие узла, где одни участки цепи образуют сшивки с другими участками. Точная трехмерная структура такого узла определяется одномерной последовательностью аминокислот, а значит, одномерной последовательностью кодовых символов в гене. Вот каким образом химические реакции, протекающие в клетке, зависят от того, какие гены в ней работают.