Тема пятая. Биология

Тема пятая. Биология

От школьных уроков биологии в головах большинства остается только знание о том, что живой организм состоит из клеток, в которых присутствуют гены. Не соседские алкоголики Гены, мирные в быту и буйные в пьяном виде, а микроскопические фиговинки, таинственные и могущественные, но при этом донельзя капризные. Стоит их только чуть-чуть рассердить — выпить стакан уксуса, скушать генетически модифицированной картошки или слегка облучиться инопланетными лучами, как случится непоправимое. То ли рога на макушке вырастут (разве не гены виноваты в адюльтерах?), то ли зубы с когтями на полметра вымахают, а голова, наоборот, скукожится, то ли вообще паутина из разных неприличных мест сочиться начнет, побуждая сигать по небоскребам аки мартышку наскипидаренную… Что же, давайте разбираться.

Черепашки-мутанты-ниндзя и их крыс-учитель — персонажи известного мультсериала — являются проявлением того самого страха перед «мутациями». Собственно, это воплощенный штамп, который может служить иллюстрацией к учебнику: тяпнул сто грамм какой-нибудь гадости — и вот ты уже не человек (черепашка, огурец), а нечто двуногоходящее, слизисто-бородавчатое и донельзя неприятное на вид. Возможно ли такое?

Внешний вид (фенотип) существа определяется в конечном итоге его генотипом, т.е. совокупностью полученных от родителей генов. Окружающая среда может оказать влияние на внешность только в относительно короткий период начального формирования/развития организма. При этом влияние может оказаться лишь отрицательным, в результате чего вместо нормального существа получится нелепый уродец. Любые нарушения естественного развития приводят к нарушениям внутренней гармонии организма, болезням и ранней смерти (зачастую еще до рождения). Примером тому могут служить юные профессиональные спортсмены, которые, накачиваясь стимуляторами в надежде достичь лучших результатов, еще до совершеннолетия приобретают целый букет болезней — от сердечной недостаточности до пожизненной импотенции.

Причина — в устройстве генома. Каждая клетка живет по строго заданной программе, регулируемой однозначным кодированием ДНК. Современной генетике мало что известно об этом кодировании, и вопросов в этой области не в пример больше, чем ответов. Однако ясно одно: грубое вмешательство приводит к тому, что программа начинает идти вразнос. В живом организме постоянно гибнут клетки из-за нарушения функционирования их генетического аппарата. Существуют естественные механизмы, позволяющие исправлять повреждения ДНК. Например, к таким механизмам относится зеркально-двойная природа самой цепочки, которая позволяет специальным пептидным комплексам восстанавливать одну из цепочек, если вторая осталась неповрежденной. Кроме того, имеет место избыточность кодирования в ДНК, благодаря чему даже невосстановимые повреждения отдельных ее участков не приводят к фатальным последствиям. Но эти механизмы достаточно хрупки и не в состоянии исправить логические ошибки. А ведь любое изменение генотипа, не согласующееся с общей его картиной, и есть такая ошибка. Поэтому любая случайная модификация генома почти гарантированно приведет к гибели живой клетки.

Собственно, мутация и есть повреждение генома на этапе развития. Мутации происходят постоянно под действием самых разнообразных факторов (например естественного радиационного фона Земли), но удачными оказываются лишь считанные единицы. Неудачливые клетки гибнут. Но даже если зародышевой клетке повезло — она выжила и сумела размножиться согласно новой программе, еще не факт, что включающий ее организм в целом выживет, оказавшись стабильным или просто удачливым в борьбе за существование. Таким образом естественный отбор проходит на двух этапах, и только удача на обеих стадиях приводит к закреплению мутации и передаче ее потомству.

Для того, чтобы серьезно изменить внешний вид и функциональность организма, и в особенности организма сформировавшегося, необходимо изменить миллионы клеточных программ. Причем изменения должны быть такими, чтобы сыгранный клеточный ансамбль не зазвучал диссонансом. Чтобы случайно избежавшие изменения клетки, следуя изначальной программе, не начали делиться таким образом, чтобы компенсировать недостаток нормальных соседок. Причем серьезные проблемы модифицированному организму может доставить даже одна единственная клетка. В качестве примера можно привести рак — очень часто его причиной является сбой генетической программы, в результате чего клетка начинает бесконтрольно делиться. В результате ее нормальные соседки просто погибают, задавленные массой злокачественной опухоли. Если же такие клетки, обретающие повышенную подвижность (метастазы), кровотоком переносятся в другие органы тела, это приводит к долгой и мучительной смерти.

Современная генетика не знает способов массированной генетической модификации клеток взрослого организма. Для модификации единичных геномов зародышевых клеток применяются специальные транспортные вирусы, встраивающие нужные последовательности нуклеотидов в нужные места цепочки ДНК. Однако этот способ не годится для изменения организма сформировавшегося — часть клеток останется неизмененной просто по теории вероятности, часть сумеет победить чужака, и, возможно, иммунная система организма просто уничтожит все или большую часть впрыснутых вирусов. Возможно когда-то в будущем наука сумеет создать наноботы, способные проделывать массовые операции с геномами клеток с гарантированным успехом, но до того изменить сформировавшийся организм на генетическом уровне не выйдет. И уж однозначно можно утверждать, что ни один химический состав, независимо от его сложности, равно как и поток сырой энергии, никогда не окажутся способными на такое.

Но помимо сложности с генетическим программированием есть еще и такой фактор, как иммунитет. Иммунная система организма всегда настороже и ищет подлежащих уничтожению чужаков. Иногда ее удается обмануть, но чаще всего — нет. И если даже мутация клеток в организме окажется удачной и позволит ему функционировать и дальше, немедленно последует аутоиммунный ответ. Все силы организма окажутся брошены на уничтожение воспринимающихся как «чужаков» мутантов. В результате либо модифицированная ткань будет съедена лейкоцитами, либо иммунная система истощит себя в бесплодной борьбе, в результате чего организм окажется беззащитным перед внешними инфекциями и быстро погибнет. В качестве иллюстрации можно привести пример с пересадкой тканей. Несмотря на тщательный подбор доноров (желательно близких родственников) реципиентам зачастую до конца жизни приходится сидеть на подавляющих собственную иммунную систему препаратах, не выходя из стерильных боксов и рискуя умереть от случайного насморка. Другой пример — системная красная волчанка, связанная с разладкой иммунной системы организма и приводящая к серьезному поражению внутренних органов (сердца, легких и т.д.).

Таким образом, генетическая модификация взрослого организма практически невозможна. Единственный реальный выход — это модифицировать оплодотворенную яйцеклетку или зиготу на ранних этапах развития, но и здесь успех никто не гарантирует.

Перейдем к генетически модифицированным растениям. Современные протесты против них, если отбросить чисто маркетинговые ходы со стороны «традиционных» производителей, сводятся к следующим пунктам.

Первый — это опасность контакта человеческого организма с модифицированными геномами таких растений. В чем опасность этого контакта, не расшифровывается. Опасность получить довесок к своим собственным генам, разумеется, является совершенно бредовой и высосанной из пальца. Помимо того, что написано чуть выше, нужно помнить, что человеческий (и не только) организм постоянно пропускает через свой кишечник массу животного и растительного генетического материала. И ничего — стручки и шерсть на нас расти пока еще не начали. И не вырастут — все, что попадает в наш желудок, в процессе пищеварения расщепляется на простейшие составляющие. У сложнейшей гигантской молекулы ДНК примерно столько же шансов попасть из кишечника в кровь неповрежденной, сколько у куска льда в доменной печи — дожить до следующего рассвета. Если провести грубую аналогию, то бессмысленно сыпать запчасти в бензобак — они все равно не встроятся в карбюратор и подвеску.

Вторая опасность, более реальная, заключается в опасности бесконтрольного распространения генетически модифицированных растений. Скажем, модифицируют культурную картошку генами чертополоха для повышенной устойчивости к вредителям, а получат в результате сверхплодовитый чертополох, устойчивый к пестицидам. Ну, а он возьмет да и заполонит колхозные поля, сведя на нет и без того тощие, на уровне тринадцатого года, российские картофельные урожаи. В таких опасениях, нужно признаться, есть доля истины. Однако не совсем понятно, как такие растения окажутся способными покинуть стены лаборатории. Вряд ли они вообще протянут дольше, чем лаборанту потребуется осознать, что он в очередной раз напортачил с реагентами. Ну, а печку даже сто раз модифицированное растение не переживет, если только у него в роду не найдется неопалимой купины. В общем, техника безопасности наподобие той, что применяется при работе с инфекционными агентами, гарантированно исключит такие прорывы.

Наконец, есть опасения, что модифицированные белки окажут негативное влияние на человеческий организм — например вызовут ужасную аллергию. Но уж здесь-то никто не мешает организовать предварительное тестирование и забраковать негодную продукцию теми же методами, что и лекарства.

Все нынешние баталии вокруг генных продуктов вызваны исключительно конкуренцией «старых» и «новых» методов производства. В производство «традиционной» с/х продукции вложены большие деньги, и сдаваться без боя их владельцы не хотят. Вот и появляются бредовые «исследования» о вреде модифицированных продуктов. «Прогрессисты», разумеется, в долгу не остаются — они тоже вложили деньги и твердо намерены их окупить. В результате же торговых войн у простых потребителей формируются черт знает какие представления о генетике в целом и модифицированных продуктах в частности. При всем при том куда более актуальным темам вроде массированного применения антибиотиков при производстве мясной продукции внимания уделяется заметно меньше.

Весьма популярной ошибкой является изобретение чудодейственной вакцины, впрыскивание которой немедленно вылечивает самые страшные болезни. Чушь. Вакцина не может никого и ни от чего вылечить. Это лишь средство для повышения иммунитета организма против конкретной болезни. Механизм ее действия следующий: иммунной системе предъявляются типичные антигены (белковые комплексы оболочки), характерные для возбудителя данной болезни. Иммунная система успешно настраивается на их уничтожение и создает нужные антитела (молекулярные комплексы, связывающиеся с антигенами), вследствие чего в будущем реакция на эти антигены оказывается моментальной. Организму, ни разу не сталкивавшемуся с данными антигенами, требуется значительное время на то, чтобы раскачаться и начать вырабатывать антитела. В течение этого периода возбудитель безнаказанно размножается в организме. Реакция же иммунизированного организма оказывается почти мгновенной, в результате чего инфекция уничтожается на ранней стадии. Благодаря тому, что вакцина содержит значительно ослабленного или даже просто мертвого возбудителя, ее введение крайне редко вызывает настоящую болезнь, но необходимый эффект все равно достигается. Но вводить ее, когда организм уже заражен инфекционным агентом, бессмысленно — искомые антигены уже присутствуют в организме, причем в гораздо более агрессивном варианте.

При этом в общем случае вакцинировать организм против неинфекционных заболеваний невозможно — иммунная система с ними бороться не умеет. Поэтому вакцинировать организм, например, против рака (невирусной природы, во всяком случае) нельзя. В скобках замечу, что вирусное происхождение некоторых форм рака до сих пор находится под вопросом и относится к неподтвержденным теориям.

Судя по всему, когда речь идет о лечении вакциной, имеется в виду совсем другое понятие — сыворотка, изготовленная из крови. Суть метода сводится к тому, что у заранее иммунизированного животного (например лошади) изымаются порции крови. Из нее на центрифуге выделяется сыворотка с антителами к болезни, которая впоследствии переливается заразившемуся пациенту. Благодаря тому, что внешние антитела подавляют или замедляют развитие болезни, у иммунной системы организма появляется время на изучение инфекционного агента и мобилизацию. Тот же метод может ограниченно применяться против некоторых ядов (скажем, змеиных). Однако здесь таится опасность: при недостаточно тщательной очистке сыворотки есть риск занести в организм сторонние элементы — вплоть до возбудителей иных инфекций.

Еще одна капитальная путаница — между вызывающими заболевание бактериями и вирусами (а еще есть и простейшие организмы, существование которых в фантастике обычно игнорируется). Бактерия является самостоятельным живым организмом, представляя собой полноценную автономную живую клетку, хотя и отличающуюся от одноклеточных простейших отсутствием оформленного ядра (научный термин — «прокариот», организм с оформленным клеточным ядром — «эукариот»). Вирус же самостоятельным организмом не является, представляя собой покрытую белковой оболочкой ДНК или РНК. Для размножения ему необходимо внедрить Д(Р)НК в клетку хозяина, после чего та, подчиняясь новой программе, начинает реплицировать вируса с помощью своих встроенных механизмов. При этом размножение вируса может быть как фатальным для зараженной клетки, так и вполне мирным (так, бактериофаги убивают бактерию-хозяина, разрывая изнутри ее оболочку, а вирус герпеса мирно живет в человеческом организме с самого его рождения, лишь иногда проявляя себя высыпаниями — «простудой» — на губах).

На разницу эту постоянно напарываются писатели. Их любимое занятие — лечить вирусные заболевания антибиотиками. На деле антибиотики убивают только бактерий и простейших, нарушая работу их генетического аппарата или, скажем, негативно воздействуя на клеточную оболочку. На вирусов, практически не имеющих собственных биохимических процессов, антибиотики — во всяком случае, не смертельные для носителя — не действуют. Введение антибиотиков при вирусной инфекции преследует цели борьбы с сопутствующими бактериальными инфекциями, атакующими ослабевший организм. Лечению же вирусные заболевания поддаются с большим трудом, и именно здесь определяющее значение имеет вакцинация. Впрочем, и она помогает не всегда. Так, весьма изменчивый вирус гриппа постоянно меняет характерные для своей оболочки комбинации антигенов, из-за чего с ним крайне сложно бороться.

В арсенале современной медицины, помимо вакцинации, существует мало методов противодействия вирусным заболеваниям. Один из таких — блокировка ревертазы (обратной транскриптазы), отвечающей за преобразование РНК вируса в ДНК, которая, собственно, и программирует дальнейшее размножение вируса в клетке. Среди таких препаратов широко (и печально) известен, например, азидотимидин, применяющийся в борьбе со СПИДом. К другим методам относятся вещества, изменяющие проницаемость клеточной оболочки и мешающие вирусу проникнуть внутрь. Ну, и стоит упомянуть препараты, повышающие сопротивляемость организма в целом… хотя банальный бег трусцой в этом плане все равно вне конкуренции.

Наконец, раз уж речь зашла об антибиотиках, необходимо упомянуть, что они далеко не всегда полезны. Их неконтролируемое применение приводит к тому, что у бактерий вырабатывается иммунитет (естественный отбор действует и здесь), в результате чего лечить вызываемые ими болезни становится очень тяжело. Так, например, весьма популярный в середине 20 века пенициллин уже практически не действует на серьезные инфекции, а потому редко применяется в качестве самостоятельного метода лечения. Появляются разновидности стрептококков и стафилококков, малочувствительные к антибиотикам, а потому вызывающие неостановимые внутрибольничные эпидемии — зачастую с человеческими смертями. Поэтому бездумное применение антибиотиков в ветеринарии (для повышения веса скота) и в косметике (в составе мыла) является самым настоящим преступлением против здравого смысла. Увы…

В завершение биологической части хотелось бы обратиться к теме хищников. Не перечесть книжек и фильмов, где несчастные люди, на Земле и других планетах, толпами пожираются динозаврами, хвостато-черепатыми монстриками наподобие Чужого и прочей зубастой нечистью. Возникает впечатление, что авторы подобных шедевров в школе принципиально игнорировали уроки биологии, а потому не подозревают, что в природе обычно царит равновесие. Если хищник начнет без разбора и без необходимости уничтожать собственную кормовую базу, он очень быстро вымрет от голода. В естественных условиях хищник убивает ровно столько, сколько необходимо для пропитания, причем естественным ограничителем является чувство голода. Сытый лев равнодушно проводит взглядом антилопу, даже если у той хватит дурости пастись у него под носом. Более того, ошибки в дикой природе обходятся очень дорого — даже кролик при определенном везении может искалечить лису, после чего та загнется от невозможности поймать очередную жертву. Поэтому ни одно животное не рискнет не то что напасть — даже приблизиться к незнакомому существу, пусть и напоминающему обычную жертву. Незнакомо пахнущий или выглядящий чужак будет обойден по большому кругу, и только прямая угроза голодной смерти может заставить хищника напасть в такой ситуации. Ну, или если его загнать в угол, разумеется.

То же относится и к морским хищникам. Даже касатки и большие белые акулы, малоуязвимые для прочей живности, никогда не нападают сходу. Во всяком случае, если жертва не истекает недвусмысленно вкусной кровью. Приблизившись к потенциальной жертве, акула долго плавает кругами, стараясь понять, стоит ли связываться. Точно так же никогда гигантский кальмар или мифический морской змей не станут нападать на корабль или субмарину, ни поведением, ни на ощупь не напоминающие привычных жертв.

Да, случается, что по какой-то причине животные сходят с ума — волки бессмысленно режут стада коров, киты выбрасываются на берег, а лемминги стаями топятся в море. Но это именно аномалии, а не система.

Так что человеку, высадившемуся на чужой планете, даже обладая суицидальными намерениями, придется сильно потрудиться, чтобы стать жертвой местной фауны.