Супергены. На что способна твоя ДНК?

В 1947 г. выдающийся психиатр и специалист в области нейронауки В. Росс Эшби опубликовал работу под названием «Principle of the self-organizing system» («Принцип самоорганизующейся системы»). Его определение организации не было привязано к ее полезности, тому, насколько полезно управлять организованным делом вместо неорганизованного. Кроме того, Эшби не противопоставлял организованность и неорганизованность как нечто хорошее и плохое. Вместо этого он говорил, что организованность относится к определенным условиям, которые возникают между связанными частями образующейся системы. Это оказывает огромное влияния на то, как наш геном организует сам себя.

С точки зрения Эшби, самоорганизующаяся система состоит из частей, которые соединены, а не изолированы. Что самое важное, каждая часть должна влиять на другие. Главное то, как все эти части регулируют друг друга. Плита – не саморегулирующаяся система. Если вы поставите на конфорку чайник и уйдете, температура будет подниматься выше и выше, вода выкипит, чайник оплавится, а потом намертво пригорит к конфорке. А вот термореле уже саморегулирующаяся система. Можно задать желаемую температуру и уйти, зная, что если в комнате станет слишком жарко, реле сработает и выключит нагреватель.

Вы бы не выжили, если бы ваш организм вел себя как плита. Нельзя позволять ни одному процессу происходить самому по себе. Если не проконтролировать повышение температуры тела даже на пять градусов, это приведет к повреждениям мозга и в конечном итоге к смерти. Переохлаждение останавливает в организме все обменные процессы и ведет к гипотермии, что в экстремальных случаях также может оказаться смертельным. Саморегуляция по принципу реле действует по всему организму и касается не только температуры, но и десятков других процессов. Благодаря саморегуляции вы перестаете расти во взрослом возрасте, ритм вашего сердца не учащается, реакция «бей или беги» не заставляет вас убегать от опасности и продолжать бежать.

Каждая клетка вашего организма развивалась, проходя упорядоченные этапы саморегуляции, и достигала невероятной сложности в мозгу эмбриона. На протяжении девяти месяцев, начиная с единственной оплодотворенной клетки, нервные клетки начинают различаться, сначала по отдельности, потом образуют сеть. Ко второму триместру формируются новые клетки мозга с фантастической скоростью 250 000 в минуту и, по некоторым оценкам, эта скорость поднимается до миллиона новых клеток в минуту непосредственно перед рождением. Эти клетки не просто шарики с жизнью, собранные вместе. У каждой своя задача; каждая связана с окружающими ее нервными клетками; весь мозг знает, где находится каждая из его 100 миллиардов клеток.

Связи, сети и петли обратной связи играют ключевую роль в самоорганизующихся системах. Миллиарды лет назад древние бактерии могли жить по отдельности, но, как только они встречались друг с другом в почве, они начинали взаимодействовать и образовывать колонии – в конечном итоге они начинали полностью зависеть друг от друга ради выживания и благополучия. Как мы уже увидели, в нашем организме бактерии образуют сети с нашими собственными клетками. Они используют нашу ДНК и взаимодействуют, формируя невероятно сложную микробиому. В результате эволюции наше выживание стало целиком и полностью зависеть от них. Если большую часть XX в. мы посвятили ответам на вопрос, как убивать микробов, то в XXI в. мы сосредоточились на том, как гармонично с ними сосуществовать. Супергеном – полностью самоорганизующаяся система, поскольку в ней отражена вся история жизни на Земле.

Не стоит и говорить о том, что ДНК крайне сбалансированная система, и миллионы пар оснований внутри нее организованы по порядку. Однако это больше чем просто образование химических связей. Внутри клетки идут активные процессы самоорганизации. В ядре клетки определенные хромосомы занимают строго определенную позицию. Только 3 % генома состоит собственно из генов, а участки, в которых генов мало, находятся на краю клеточного ядра, где у эпигенетики меньше всего возможностей изменить генную активность. И наоборот, участки генома, где генов больше всего, находятся в центре клеточного ядра, где в основном и происходит регуляция генной активности. Гены, которые регулируют одни и те же белки, собираются вместе в геномные «соседства», чтобы белкам было проще находить гены, которые они регулируют. Все, что мы можем наблюдать в геноме, говорит о том, что его организация не случайна, а наоборот, логична. При этом также будет ошибкой впадать в другую крайность и говорить, что это было «запланировано» таким образом. План становится очевиден лишь постфактум. В него можно попасть только благодаря принципам самоорганизации.