Молекулярное разнообразие жизни

Константин Северинов Фото: Наташа Четверикова/Полит.ру

Мы публикуем стенограмму постановки ProScience Театра, которая прошла 16 ноября в Центральном Доме журналиста. С темой «Молекулярное разнообразие жизни» выступил доктор биологических наук, выдающийся молекулярный биолог, профессор Ратгерского университета (Нью-Джерси, США) и Сколковского института науки и технологий, заведующий лабораториями в Институте молекулярной генетики РАН и Институте биологии гена РАН Константин Северинов. Вечер вел журналист Никита Белоголовцев.

Никита Белоголовцев:

– У нас сегодня невероятно важная история, потому что любой человек, в какой бы сфере человеческих знаний он ни работал, задумывался над вопросами, о которых мы сегодня будем говорить. Мы будем говорить сегодня о происхождении всего живого, о том, как из одного живого получалось другое живое – в общем, мы сегодня будем говорить об эволюции. Говорить об этом будет выдающийся молекулярный биолог, профессор Ратгерского университета (Нью-Джерси, США) Константин Северинов. Приветствуйте первого героя нашего ProScience Театра сегодня! Для тех, кто в отличие от меня не смотрел за кулисы: даже после первых аплодисментов Константин переспросил, его ли вызывают на сцену. Как всегда, сначала несколько фактов о нашем сегодняшнем герое.

Наталья Харламова:

– Константин Викторович Северинов – выдающийся молекулярный биолог, профессор Ратгерского университета (Нью-Джерси, США) и Сколковского института науки и технологий, заведующий лабораториями в Институте молекулярной генетики РАН и Институте биологии гена РАН.

Константин Северинов с отличием окончил биологический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова по специальности «биохимия». На пятом курсе университета он прошел стажировку в лаборатории Бристольского университета, после получения диплома некоторое время работал в Пущино, затем поступил в аспирантуру Института молекулярной генетики РАН и уехал в США по программе обмена молодыми учеными. Там он на протяжении двух лет работал в лаборатории Колумбийского университета.

В 1993 году Константин Северинов защитил в России кандидатскую диссертацию по специальности «молекулярная биология». Спустя два года он поступил в докторантуру Института молекулярной генетики, а в 1997 году стал профессором Института микробиологии Ваксмана в Ратгерском университете, где получил собственную лабораторию.

Последние десять лет большую часть года работает в Москве. Вернувшись, в 2006 году он защитил диссертацию на тему «Структурно-функциональные исследования взаимодействий ДНК-зависимой РНК-полимеразы бактерий с промоторами» и с 2006 года является доктором биологических наук. В настоящий момент помимо американской лаборатории он заведует и несколькими российскими: регуляции экспрессии генов мобильных элементов прокариот в Институте молекулярной генетики РАН и молекулярной генетики микроорганизмов в Институте биологии гена РАН. Они заняты исследованием микроцинов и бактериофагов, оба этих направления являются перспективной основой для создания более совершенных антибиотиков. Также он руководит лабораторией молекулярной, экологической и прикладной микробиологии в СПбГУ, которая была создана при поддержке мегагранта российского правительства.

Никита Белоголовцев:

– Константин, все верно, ничего не наврали? Тогда я задам первый уточняющий вопрос перед тем, как мы поговорим о теме нашей лекции: для непосвященного человека – довольно редкая история. Человек, имеющий собственную лабораторию в Штатах, имеющий возможность работать там круглогодично, большую часть времени работает в Москве. Почему это?

Константин Северинов:

– Я сегодня буду говорить о том, что жизнь полна случайностей и предугадать ее нельзя. Поэтому, ответить на ваш вопрос я не могу. Просто, так получилось.

Никита Белоголовцев:

– Хорошо, принимаем, спасибо за ответ. Давайте перейдем к другим случайностям, о которых мы будем говорить сегодня во время представления в ProScience Театре.

Константин Северинов:

– Можно начинать?

Никита Белоголовцев:

– Да.

Константин Северинов:

– Добрый вечер. Я хотел бы рассказать о молекулярном разнообразии жизни. И в самом начале я хотел бы показать слайд, на котором изображено то, что мне бы хотелось, чтобы вы запомнили и унесли с собой после лекции. Большую часть вещей, разных интересных деталей, запомнить не удастся, да это и не нужно. А то, что я хочу вам показать – это важно, это, в общих чертах, то, как работает жизнь. Вот тут сидят бабушки на завалинке, они друг другу передают сообщение. Начинается со слова «моток», а потом при переходе от одной бабушки к другой одна буква в слове меняется. До последней, четвертой бабушки, доходит слово «потоп» и она в ужасе срывается с места и убегает. Мы имеем дело с детской игрой в испорченный телефон. Как будет понятно из сегодняшней лекции – жизнь - это долгоиграющий испорченный телефон. С той лишь разницей, что в отличие от детского испорченного телефона те, кто кричат не то, что надо, умирают, не оставляют потомства и мы о них ничего не знаем, их и их потомков нет среди нас, ныне живущих.

Никита Белоголовцев:

– Позволю себе побыть занудой. Понятно, что задавать вопросы к метафорам – это спорное дело, но, например, человеку, который свои знания об эволюции заканчивает школьным курсом биологии, кажется, что все идет от очень простого к чему-то очень сложному. И первая бабушка должна кричать не смыслообразующее слово «моток», а нечто вроде «аэо». А уже потом из этого образуется «отэок», «тотк» и тому подобное что-то вырастает. Это проблема того, что любая метафора не полная, или в этом есть смысл?

Константин Северинов:

– В этом есть смысл. Может быть, в конце будет понятно, про что мы говорим. Тот момент, когда создавались первоначальные смыслы, мы, к сожалению, не можем отследить, не можем про него говорить. Но с тех пор как возникли генетические слова, мы можем понять, что происходило и происходит сейчас. А именно: все существующее сейчас разнообразие жизни возникло и поддерживается в результате «испорченного телефона», искаженной передачи исходных слов, или, вернее, генетических текстов.

Никита Белоголовцев:

– То есть там, где мы можем говорить о жизни, там, где у нас есть для этого научные основания, уже был смысл?

Константин Северинов:

– Да.

Никита Белоголовцев:

– Хорошо. Тогда давайте отмотаем назад в вашей личной истории, как мы сегодня будем «отматывать» и в науке. Мы всегда спрашиваем гостей, и я надеюсь, вы не будете исключением: как вы пришли к тому, чем вы сейчас занимаетесь? Как случилось так – ну, за исключением цепочки случайностей, о которой мы уже говорили, – что вы стали выдающимся молекулярным биологом?

Константин Северинов:

– В детском возрасте я увлекался биологией, она мне была интересна потому, что в семье был друг, который хорошо рисовал, прекрасно рассказывал и был хорошим ученым-биологом и продолжает им быть сейчас.

Никита Белоголовцев:

– То есть это была история с раннего детства? В первом классе вы знали, что будете биологом, в пятом, в седьмом?

Константин Северинов:

– В шесть лет я считал, что буду биологом. Другой вопрос, что мое тогдашнее представление о биологии и о профессии биолога сильно отличается от того, чем это стало на самом деле.

Никита Белоголовцев:

– Тогда я предлагаю перейти к нашему первому лекционному фрагменту о разнообразии и при этом подобии различных форм жизни на Земле. Прошу вас.

Константин Северинов:

– Спасибо. Мы будем говорить о молекулярном разнообразии жизни. Все мы представляем, что такое «разнообразие». Если вы взглянете друг на друга, вы увидите, что человек, сидящий слева или справа, отличается от вас. И находящаяся в вашем мозгу система «процессинга информации» позволит вам эти отличия каким-то образом зафиксировать. Даже маленькие дети умеют это делать. Очень рано мы учимся различать треугольники, круги и квадраты, причем форма этих предметов может быть довольно сложная или скрытая, но тем не менее, наш мозг умеет их вычленять и сравнивать друг с другом, находить общности и разницы. А многие компьютеры этого делать не умеют. Что мы имеем в виду, когда говорим о разнообразии жизни? На слайде вы видите существо, которое отличается от вас больше, чем ваш сосед.

Это орангутанг. Конечно, разница очевидна, но явно есть и что-то общее с соседом. На следующем слайде – лемур, и, опять же, можно увидеть и различия, и что-то общее. Еще картинки: гепард, волк, панголин – похож еще и на шишку, хотя шишкой не является, это все-таки зверь. Кит, летучая лисица, утконос, ящерица (не знаю, как ее зовут), лягушка и морской конек.

Различия между ними очевидны, но ведь есть что-то общее? И в чем же эта общность, если вы ее видите? У всех существ, которых я показал, есть пара глаз, рот… Есть и другие общие структуры и мы можем их вычленить. А раз есть что-то общее, то можно задаться вопросом: почему многие живые существа, населяющие Землю, похожи, в чем причина этой общности? Исторически это очень важный вопрос, не только для науки, но и для мировоззрения. Стандартный ответ на этот вопрос был таким: эти существа похожи друг на друга потому, что они были созданы по единому плану. Можно считать, что Создатель создавал их по своему подобию, правда тогда получается, что Создатель был хотя бы чуть-чуть, но похож на лягушку. Эта гипотеза, безусловно, имеет право на существование. Но есть и другое объяснение, и перед тем, как предложить его, я предлагаю задуматься над другим вопросом: почему многие языки, на которых говорят люди, похожи? Конечно, когда вы начинаете изучать новый язык, вы думаете, что он очень отличается от вашего родного языка. Но на самом деле это не совсем так. Вот тут на слайде некоторое количество слов – они соответствуют нашему слову «молоко».

И вы видите, что среди этих слов из различных языков есть очень похожие на русское слово, а есть и совсем непохожие. Например, по-фински молоко - это «piim», а по монгольски – «суу». Возникает вопрос: почему некоторые из этих слов похожи друг на друга? Кажущееся разумным объяснение показано на следующем слайде.

А именно: они (слова) похожи, потому, что происходят от общего корня. Украинский и русский языки похожи друг на друга потому, что когда-то они были одним целым, у них общий предок. Недаром наши народы считаются братскими. Как найти общий корень языков? Процедура показана здесь. Вот написано слово «молоко» русского языка, а дальше мы берем слова с таким же смыслом из других языков и начинаем их сравнивать. Мы увидим, что различия возникают на основании определенных правил, например, какие-то гласные могут выпадать. Иногда буква «к» может заменяться на букву «ч». Но в целом ряд слов в нашем списке, безусловно, похожи друг на друга, у них есть что-то общее. И все эти подобные друг другу слова, безусловно, отличается от слова «piim» или «суу». Мы можем предположить, что похожесть, в тех случаях, когда ее удается обнаружить, связана с общностью происхождения, наличием единого корня. Этого корневого древнего языка сейчас нет, нет и его носителей. Но мы можем вывести, дедуцировать слова корневого языка используя принцип, который по-английски называется «parsimony», а на-русский переводится как «скупость» или «жадность». Мы будем экономными, мы не будем создавать новые сущности. Мы хотим из единого корня наименьшим количеством шагов – с наименьшим использованием нашего испорченного телефона – прийти ко всем существующим вариантам слов, подобных русскому слову «молоко». Лингвисты утверждают, что таким вычисленным корнем интересующего нас слова будет слово «melg». Это то слово, из которого наименьшим количеством шагов/замен можно прийти не только к словам, приведенным на слайде (за исключением, конечно, неродственных слов «piim» и «суу», которые происходят из неродственных корней), но и ко многим другим словам из большой группы языков, называемой индоевропейской группой. Формальная процедура, которая позволяет сводить разнообразие родственных объектов (в нашем случае – слов) к картине их происхождения, показана на следующем слайде.

В результате сравнения слов и использования принципа parsimony возникает дерево. На кончике каждой веточки этого дерева находится слово. Если между двумя словами количество шагов небольшое, они все «висят» на близких друг к другу веточках. Слова, которые отличаются сильнее находятся на удаленных друг от друга ветвях. На следующем слайде приведено дерево индоевропейских языков. На ветках уже не слова, а целые языки. У всех у них общий предок, общий «корень». Есть отдельные мощные ветви, которые отходят от ствола, а затем снова ветвятся. Такую ветвь образуют, например, славянские языки – все языки, на которых говорили или говорят славяне, имеют общего предка. И этот предок отличен, например, от предка италийской группы языков, которые образуют отдельную ветку. Но и италийские, и славянские языки выросли из одного корня, они – ветки одного и того же дерева, отходящее от общего ствола. То есть, у всех языков, показанных на дереве имеется один общий предок.

Я использовал метафору с языками, чтобы начать говорить о живых существах. Помните, вопрос о том, похожи ли живые существа друг на друга и если да, то почему? Так же, как и в случае с языками, если все живое похоже друг на друга, то должно быть возможным построить дерево. Только мы не будем сравнивать слова. Мы будем сравнивать животных, которых я показал, по формальным, видимым глазом признакам: есть ножки – сделали галочку, есть глазки – еще галочку. И, набрав достаточное количество подобий и отличий, мы можем построить дерево используя parsimony – принцип разумной экономии. На следующем слайде показано такое дерево, сделанное в XIX веке. На каждой веточке «сидит» какое-нибудь существо - хищники, парнокопытные, рыбы, амфибии – все они здесь находятся. Так как дерево было построено в викторианскую эпоху, наверху здесь находится человек – man, и, конечно, это мужчина, а не женщина, и мужчина белый – как несомненный с точки зрения авторов дерева венец творения. Дерево создано не по анализу слов, а по анализу морфологических подобий. То, что человек находится не вершине дерева конечно же неправильно. Так же, как украинский язык не лучше русского или английского языка, так и те, кто сидит на этих веточках – живущие сейчас организмы ни один из которых не лучше другого.

Никита Белоголовцев:

– На этой стадии я хотел сказать, что для того, чтобы наше с вами общение здесь было похоже на театр, мы используем самые разные драматургические опции, в том числе – опцию так называемого «Скептика». Это человек, который позволяет мне не заострять тему, улыбаться и вообще делает всю грязную работу. Собственно, сейчас первый вопрос от скептика. Прошу.

Скептик:

– Вопрос очень простой: замечательных старушек, которые сидели в ряд, вы комментировали в том смысле, что всякий беспорядок, всякое нарушение есть двигатель эволюции. Параллельно с этим не только в социальной, хотя в ней в большей степени, науке присутствует идеология того, что существует некоторая энтропия, некоторый беспорядок, и смысл творящих сил, назовем это так, в том, чтобы эту энтропию упорядочить. Как одно соотносится с другим сейчас в науке и в вашем сознании как исследователя?

Константин Северинов:

– Вы глубоко копнули… Если у вас есть хороший и плохой полицейский, то вы – совсем плохой полицейский. Мы так точно не договаривались – говорить про энтропию. Во-первых, я не сказал, что эволюция существует потому, что есть беспорядок. Эволюция существует потому, что существует передача информации. А жизнь и мир вокруг нас существуют по некоторому набору законов, с которым приходится считаться. И один из законов гласит, что информация всегда теряется. Увеличение энтропии и есть потеря информации. У старушек нет какого-то специального беспорядка или тем более злокозненного намерения что-то изменить. Просто при передаче сообщений неизбежно происходят ошибки. Некоторые из этих ошибок «творческие» и случайно приводят к возникновению новых смыслов. Не знаю, ответил ли я на ваш вопрос? Но вы правы – жизни бы не было, не было бы никакого разнообразия, если бы такого рода «шума» не существовало. Именно этот шум, ошибки, является основой создания всего разнообразия жизни. Этот «шум» на генетическом уровне является причиной того, что мы все отличаемся друг от друга, а не являемся идентичными клонами.

Скептик:

– Спасибо большое. Во-первых, вы ответили на мой вопрос. А, во-вторых, мы с вами создали драматический конфликт, который будет способствовать развитию нашего представления.

Никита Белоголовцев:

– Перед тем, как мы перейдем ко второму фрагменту, я бы хотел упорядочить наши действия здесь, на сцене и задать вам еще один вопрос, не от скептика. Когда впервые эволюция появляется у человека в жизни, когда у человека в жизни появляются первые сведения об эволюции, они обычно появляются как ответы на некоторые вопросы. Как так получилось, что белочка такая, зайчик такой, а касатка совсем от них отличается? Это, как правило, некоторое удовлетворение любопытства у ребенка, потом – удовлетворение любопытства выросшего ребенка в школе, и, как правило, у людей, которые не занимаются биологией, эволюцией, молекулярной теорией, на этом ставится точка. «Почему я должен об этом знать? Потому что об этом должен знать каждый приличный человек». Но ведь для науки об этом важно знать и из каких-то других соображений

Константин Северинов:

– Да, это так.

Никита Белоголовцев:

– Из каких?

Константин Северинов:

– Один из наших знаменитых соотечественников, уехавших в США, Феодосий Добжанский, и ставший там одним из отцов-основателей так называемой синтетической теории эволюции, сказал: «В биологии ничто не имеет смысла, кроме как в свете эволюции». Эволюция – это способ осмысления всего того разнообразия жизни, которое есть вокруг нас, которое было до нас и будет после нас. Жизнь – исторична. Она не возникла прямо здесь и сейчас. Так же как и любая культура исторична. Невозможно понять русского человека и его «загадочную душу», если не знать, что происходило с его предками.

Никита Белоголовцев:

– Собственно, любые познания – полезные, любопытные – о любых живых организмах бессмысленны без эволюции и невозможны?

Константин Северинов:

– Еще раз: если вы изучаете исторический процесс, вам надо знать историю и законы, по которым происходят исторические изменения, иначе вы будете беспомощны. Вы сможете чисто феноменологически наблюдать и констатировать какие-то факты об окружающем вас мире, но причинность, скрытые пружины того, что происходит, вы не познаете.

Никита Белоголовцев:

– Хорошо. Тогда я предложу нам перейти ко второму лекционному фрагменту – мы остановились у «древа жизни».

Константин Северинов:

– Вот мы под этим «древом» и будем ходить. Это дерево можно выстроить используя уже описанную процедуру сравнения признаков и оно описывает тех самых зверей, которых я показывал вам на картинках в начале лекции. По аналогии с языками, мы можем предположить, что находящиеся на дереве животные родственны друг другу, имеют общего предка. Смотрите – в основании викторианского «древа жизни» находятся животные с черепами или хотя бы со скелетами или, вернее, зачатками позвоночника. Но это не все дерево, которые смогли построить викторианские ученые. Корень уходит дальше вниз и на нижних ветках этого разлапистого дерева находятся какие-то очень странные существа. Там есть насекомые, раки, губки – и вообще говоря, совершенно непонятно, почему мы все, включая «белого человека», находимся с ними на одном дереве? О ком именно идет речь? Как вам, например, такой «родственничек»?

Это полихета, морской червяк. А вот этот? Когда я показывал вам зверушек с глазами и ножками, я думаю, можно было себя убедить, что у них есть некоторая похожесть с нами. Вот это – морской ангел, а это - морской черт.

Вот почему они – наши родственники, на каком основании? Таким образом, возникает проблема: как решить вопрос, имеют ли к нам отношение формы, совсем на нас непохожие? Вообще говоря, есть существа настолько не похожие на нас, что простой анализ видимых признаков не даст нам возможности ответить на этот вопрос.

Тем не менее, викторианские ученые поместили все же всю эту «мелюзгу» в корень общего с нами дерева. Почему они так сделали? Если разнообразие жизни возникало в результате процесса бифуркации и разветвлений, связанных с испорченным телефоном, то этот процесс должен был как-то разворачиваться во времени. Интересно понять, о каких временах идет речь. Ответ на этот вопрос дает геология. Здесь показан срез участка земной поверхности. Представьте себе, что мы сделали глубокий разрез на Воробьевых горах: здесь – Университет, а здесь – склон,выходящий к Москва-реке.

Никита Белоголовцев:

– Мне кажется, там что-то похожее на несостоявшийся памятник Владимиру. Это он?

Константин Северинов:

– Да, он здесь как раз здесь и находится, как безусловный венец творения. Существенно вот что: вы видите на разрезе определенные слои. И понятно, что те слои, которые находятся ближе к поверхности, образовались позже, чем те, которые находятся глубже. И есть точные физико-химические методы, которые позволяют определить время образования этих слоев. Оказывается, что в разных слоях можно находить характерные окаменелости, в частности – останки животных, которые, по-видимому, жили в то время, когда образовывались эти слои. Палеонтологи могут довольно хорошо по костям окаменелых животных описывать, какими же они были на самом деле, как они выглядели. В результате такого анализа можно получить следующую картину: на слайде время отложено по вертикальной оси, современное нам время наверху, а чем древнее эпоха, тем ниже она расположена. Счет идет на сотни миллионов лет. В слоях, которые соответствуют 650 миллионам лет тому назад, встречаются только окаменелости губок и каких-то простейших существ. Очень похожих на тех, которые находились на корне нашего дерева. А кости динозавров встречаются только в более поздних слоях, возрастом 150–200 млн лет. И так далее. Дерево, которое я вам показывал, очень хорошо ложится на эту временную ось, и выглядит все так, как будто существа, похожие на современных нам существ, помещенных в самую нижнюю часть дерева, была тогда, когда еще не было всех этих замечательных существ с позвоночниками.

А потом вдруг что-то такое произошло – и возникли все наши более или менее узнаваемые «родственники». Кстати говоря, довольно интересно, что здесь, нарисовано, что где-то 300 млн лет назад появились деревья, мы видим их останки в соответствующих слоях. Мы совсем про них забыли. Ведь кроме зверей есть еще и растения, и вопрос о том, родственники ли они нам, тоже стоит. Вот, например, баобаб.

Интересно понять, как мы, люди, с баобабами соотносимся. Кроме баобабов есть и другие существа, которых на том дереве, которое я вам показывал, просто нет. Это особые существа, состоящие из одной единственной клетки. Все существа, которые мы с вами обсуждали до сих пор многоклеточные, они состоят из огромного количества клеток. Но есть отдельно живущие клетки – например, вот эта инфузория-туфелька, и имеет ли она к нам какое-нибудь отношение, родственна ли она нам - непонятно.

Но даже на инфузориях все не заканчивается, ведь есть еще и бактерии, совсем просто устроенные клетки, их вокруг нас огромное множество, они есть внутри нас и на анс и имеют ли они к нам какое-нибудь отношение - не понятно. Если вернуться к аналогии с языками, следует ли считать многоклеточных животных, растения, инфузорий и бактерий принадлежащим к одной группе языков, или, может быть, они произошли независимо друг от друга, имеют разные корни, как индоевропейские и угро-финские языки?

Я уж не говорю про то, что есть вирусы – клеточные паразиты, и что это за форма жизни, и жизнь ли это вообще, для нас тоже неясно. Для ответа на эти вопросы хотелось бы построить дерево каких-то подобий. И если жизнь возникла единожды, то должно быть общее «древо жизни», из которого следует, что мы все произошли от одного корня, а следовательно, что мы все – одной крови. С другой стороны, если жизнь возникала много раз, то будет много деревьев, как с языками: ведь человеческие языки, безусловно, возникали много раз, независимо, а потом развивались в отдельные группы посредством игры в испорченный телефон.

Никита Белоголовцев:

– А давайте оставим интригу перед следующей частью. После вашего второго лекционного фрагмента я хотел задать вопрос, чтобы у нас было несколько сюжетных линий. Вы рассказываете вещи, в которых вы, кажется, уверены более чем на 100%, потому что это – ваша жизнь, это – ваше дело. При этом «эволюция» всегда употребляется в словосочетании «теория эволюции». Все остальное, что мы знаем о мире – мы знаем, а эволюция – это теория, которая все время, как любая теория, может быть подвергнута сомнению, опровергнута. Как вы чувствуете себя, существуя в такой зыбковатой парадигме?

Константин Северинов:

–Если жизнь – цепь случайностей, то это – одна из неприятных случайностей, потому что теории эволюции – видите, я вынужден употреблять слово «теория» – не повезло. Никакая она не теория, в смысле не недоказанная гипотеза. Тем не менее, ряд людей цепляются к слову «теория», пытаясь делать вид, что есть еще какая-то надежда и, может быть, будет какое-то открытие, которое расставит все точки над i и покажет, что ничего этого не было. Люди так думают повсюду, в Штатах несколько раз у меня были случаи, когда в самолете человек перестает с тобой разговаривать, выяснив, что ты «веришь» в эволюцию, отворачивается. В третьей части я перейду к анализу данных, которые показывают, что эволюция – тривиальнoe и необходимое следствие того, как передается генетическая информация.

Никита Белоголовцев:

– Вы же наверняка задавались вопросом: «Почему так?» Почему человек признал, что он состоит из атомов? Почему человек признал, что молния происходит вследствие определенных физических процессов? Почему человек до сих пор сомневается, думает и задается вопросами именно об эволюции? Наверное, все-таки это не совсем случайно, и почему эта область знаний проходит до си пор под грифом «теория»?

Константин Северинов:

– Книга Дарвина была опубликована 150 лет назад, недавно был юбилей. Время не очень большое. Я не знаю, как воспринимали гелиоцентрическую теорию через 100 лет после постулирования. Наверное, были сомневающиеся.

Никита Белоголовцев:

– В этом смысле Дарвину больше повезло, чем автору гелиоцентрической теории!

Константин Северинов:

– Это правда. А с другой стороны – мы же общественные существа, есть не только наука, есть политика, наши взаимоотношения друг с другом. Применение некоторых принципов, заложенных в дарвиновской теории, в описанном им механизме, к устройству человеческого общества, может вызывать у многих отторжение. Но, с другой стороны, никто не сказал, что эту теорию, этот механизм можно применять к обществу или отношениям людей.

Никита Белоголовцев:

– Тогда не могу не задать последний вопрос в этой «перестрелке».

Константин Северинов:

– Одну минуту, я добавлю: все-таки религиозное восприятие есть у многих людей, оно, по-видимому, естественно для нас, как вида. А эволюционный механизм не совместим с религией. Есть замечательная книжка Дэниела Деннета «Опасная теория Дарвина» про теорию естественного отбора. Деннет считает, что идея Дарвина «опасна», потому, что она описывает простой – на самом деле, тупой – алгоритм который может создавать сложные сущности, начиная от звезд и кончая сознанием. Места чуду не остается: требуются только ошибки в передаче информации и время.

Никита Белоголовцев:

– Вы отчасти предвосхитили мой вопрос. То есть вы не верите, что религиозные институты когда-нибудь в полной мере смогут примириться и сосуществовать с теорией эволюции, как примирились с той же гелиоцентрической моделью Солнечной системы?

Константин Северинов:

– Не слежу, но была какая-то недавняя энциклика папы, который сказал, что эволюция таки есть и не противоречит учению католической церкви. Вообще, когда мы начинаем про это рассуждать, разговор какой-то плохой с самого начала получается. Вы говорите: «Вы не верите, что…» Это вообще не есть, не должен быть вопрос веры.

Никита Белоголовцев:

– «Верите ли вы, что?..»

Константин Северинов:

– «Думаете ли вы, что…»

Никита Белоголовцев:

– «Надеетесь ли вы, что…», «Допускаете ли вы, что…», «надеетесь ли вы на…» – любой синоним. «Хотелось бы вам, чтобы…»

Константин Северинов:

– Нет, никто же не знает, что он будет на смертном одре делать. Кому и что ты начнешь доказывать, с какой высшей силой ты начнешь беседовать?

Никита Белоголовцев:

– Спасибо вам за этот откровенный ответ. Предлагаю перейти к третьему лекционному фрагменту.

Константин Северинов:

– Мы окончили тем, что нам необходима какая-то метрика, которая позволила бы нам сравнивать разнообразные жизненные формы, гораздо более различающиеся, чем те, которые я показывал вам в начале. Мы хотим сравнивать бактерий и людей. Как это делать? Где получить такую объективную метрику? На следующем слайде показаны два способа смотреть на жизнь. Слева – счастливый такой милый ребятенок, мы его видим и это – один способ. А справа представлен другой способ. Нашего младенца можно рассматривать, как текст, как книгу, написанную на особом языке. Это язык ДНК, он очень простой, его алфавит состоит только из четырех букв – A, G, C и Т.

Никита Белоголовцев:

– Здесь у меня напрашивается вопрос: можно ли по правой части экрана понять пол того, кто слева?

Константин Северинов:

– Да, безусловно, можно. Я хотел бы провести третью часть лекции, обсуждая совсем не тривиальные следствия, к которым приводит такой необычный взгляд на жизнь. На следующем слайде представлена структура молекулы ДНК, знаменитая двойная спираль. Как правило, журналисты почему-то норовят нарисовать ее закрученной влево. На самом деле она закручена вправо.

Она состоит из двух цепочек, цепочки эти подходят друг к другу как правая и левая рука. Они подходят друг к другу как инь и ян, они подходят друг к другу по принципу комплементарности, таким образом, что каждая молекулярная буква, находящаяся в одной цепи, имеет напротив себя строго определенную, соответствующую ей букву в другой цепи. Есть специальное правило, которое говорит, как именно молекулы-буквы должны выстраиваться друг напротив друга.

Это правило есть прямое следствие атомной структуры молекул-букв, распределения на них зарядов. Эта структура была предложена в 1953 году Джимом Уотсоном и Френсисом Криком. Вот их статья в журнале Nature – она заняла ровно одну страницу – и перевернула всю биологию. На этой страничке описан, наверное, самый важный научный результат второй половины XX века. Оба этих исследователя, мягко говоря, не отличались скромностью. Тем не менее, в конце статьи есть предложение, которое многие считают образцом научной сдержанности. «От нашего внимания не ускользнул тот факт, что предложенная нами модель двуцепочечной ДНК объясняет принципы наследования».

Что они хотели сказать? Дело в том, что если мы предположим, что последовательность букв в каждой из цепочек ДНК есть некая информация – о том, например, как построить наше тело, какие у нас будут глаза, какой цвет кожи и так далее, – то предложенная Уотсоном и Криком структура мгновенно объясняет, как эту информацию можно копировать и передавать, на молекулярном уровне. Потому что если у вас есть какой-то способ разделить цепи ДНК, то каждая цепочка, так же как инь и ян, отделенные друг от друга, будет содержать информацию для построения оставшейся цепи. Видите?

Это – родительская двуцепочечная молекула, а в результате процесса, называемого редупликацией у вас строятся дочерние молекулы цепям исходной молекулы, которые используются, как матрицы. Была одна молекула, стало две, и вообще говоря, они должны быть идентичны друг другу и исходной молекуле, копиями которой они являются. Сейчас я покажу фильм, где показано, как происходит этот процесс. Вот молекула ДНК. Мы видим, что цепи разделяются, и в среде появляются отдельные буквы-мономеры. В результате сложного процесса, природа которого нам сейчас не важна, происходит вот что: после того, как две цепи родительской молекулы разделятся, идет достраивание недостающей цепи на каждой из родительских цепей из мономеров. При этом мономеры присоединяются комплементарно, сообразно правилу взаимодействия. Итак, была одна молекула, а стало две.

Произошло копирование информации, находившейся в родительской молекуле. «Скептик», изображая плохого полицейского, задал хороший вопрос по поводу «шума». Процесс копирования информации, находящейся в ДНК, очень точный. Он гораздо точнее людского испорченного телефона. Но он не настолько точный, чтобы при копировании вообще не происходило ошибок. Иногда ошибки происходят, в результате возникают опечатки в «тексте» ДНК, мы называем их мутацией. После того как такая ошибка произошла, она потом будет при дальнейшей редупликации из поколения в поколение. Это и есть тот самый молекулярный испорченный телефон, который создает разнообразие всего живого.

Молекула ДНК несет в себе информацию в виде последовательности букв. В ДНК, как в рецепте, написано, что вы – это вы, а я – это я. Полный «рецепт» называется генОмом. Длина генома, т.е., молекул ДНК у разных организмов разная. Вирусы – простые существа, и их геномы, как правило, состоят из нескольких тысяч или десятков тысяч букв. Бактерии устроены более сложно, чем вирусы, и последовательности их геномов состоят из несколько миллионов букв. Мы с вами гораздо более сложные, чем вирусы и бактерии, и геном каждого из нас состоит из приблизительно трех миллиардов «букв». Это очень много.

Если мы хотим сравнивать генетические тексты, для этого нам надо уметь «читать» последовательности ДНК. Процесс определения последовательности ДНК, чтения букв, называется секвенированием. Научились мы этому около 40 лет назад. В 80-е годы ученый за несколько дней мог прочесть последовательность 200–300 букв ДНК. В начале 90–х годов появились автоматические станции-секвенаторы. Каждая из них стоила около миллиона долларов. Сотни таких станций бесперебойно работали в течении нескольких лет, чтобы определить геном человека, те самые три миллиарда букв. Сегодня используются секвенаторы, которые могут «прочитать» 100-300 миллионов букв ДНК за несколько дней. А это – секвенатор недалекого будущего, его вставляют в USB-порт компьютера, с помощью пипетки вносят образец ДНК, и через несколько часов вы получаете всю информацию о своем геноме.

В результате развития этих технологий возникает все больше и больше последовательностей ДНК, которые хранятся на компьютерах. И возникает возможность сравнивать последовательности ДНК друг с другом. К какого рода выводам приводят такие сравнения? Какая, например, степень генетического родства двух случайно выбранных людей? Выясняется, что последовательности ДНК двух человек отличаются приблизительно на 0,1%. То есть в среднем одна буква из тысячи у нас отличается. Тем самым, каждый из нас отличается от другого на три миллиона букв или ошибок-опечаток.

Как вы думаете, это много или мало? Учитывая, что эти ошибки-опечатки могут происходить в любом из трех миллиардов мест, которые составляют «книгу», где написано, что вы – это вы, а я – это я, то количество генетического разнообразия в человеческой популяции огромно! И то, где находятся эти «опечатки» у вас относительно меня, а у меня – относительно Никиты, определяет то, почему мы такие, какие мы есть. Может быть, это кого-то огорчит, но оказывается, что последовательность ДНК человека в среднем отличается от последовательности ДНК шимпанзе на 1% – одна буква из 100. Это много или мало, как вы думаете? На самом деле это очень мало, и, чтобы понять, насколько это мало, давайте вернемся к языкам. Вот это – русское слово, это – белорусское, «молоко» и «малако». Две буквы из шести, т.е., различие в 30%. Наши отличия от шимпанзе гораздо меньше, наши с шимпанзе языки отличаются гораздо меньше, чем русский и белорусский.

Можно посмотреть на это по другому: если бы в каждой сотой букве «Войны и мира» была бы опечатка, мы бы восприняли этот текст как настоящую «Войну и мир» и, безусловно, смогли бы без труда все понять. Случайно такой степени совпадения человеческого текста и текста шимпанзе произойти не могло, это статистически совершенно невероятно. Так же, как и с языками, мы вынуждены предположить, что похожесть генетических «текстов» людей и обезьян, связана с общностью их происхождения. А значит, мы можем придумать новую метрику, новый метод, вернее, новый старый метод – лингвисты ведь все это уже делали – который будет называться «молекулярная филогения».

Молекулярная – потому что основана на последовательности молекул ДНК, а филогения – потому, что мы устанавливаем степень родства, рисуем картину происхождения. Мы утверждаем, что последовательности ДНК, генетические тексты из разных организмов с общим происхождением имеют похожие последовательности и чем меньше различия, тем ближе общий предок сравниваемых организмов. Вроде понятный и нормальный принцип, мы делали то же самое с языками. Тогда мы можем использовать следующий метод для анализа родства различных форм живого. Мы сделаем множественное сравнение последовательностей ДНК. Это делается на компьютере, руками делать тяжело. На слайде показан небольшой участок сравнения, буквы A, G, C и T покрашены разным цветом, каждая строчка является участком последовательности одного гена из какого-то организма.

Сколько строчек – столько сравниваемых генов и, соответственно, организмов. Можно определить количество совпадений и несовпадений, все обсчитать, приписать каждой последовательности определенное цифровое значение и использовать полученные цифры для составления матрицы, показанной вот здесь. Это матрица отличий, она показывает, насколько человек по последовательности какого-то конкретного гена отличается от шимпанзе – мы видим, что отличий вообще нет. Чуть-чуть отличается от овцы, от гремучей змеи – отличается, но не настолько сильно, как можно было бы ожидать. Помните, я спросил вас про баобабы – родственники они нам или нет? Про баобабы ничего нельзя сказать, их здесь нет, но здесь есть цветная капуста. Вот с ней мы точно родственники, впрочем, как и с насекомыми и даже с дрожжами: у нас у всех есть похожие гены.

Никита Белоголовцев:

– Я задам вам короткий вопрос. Позволю себе вернуться к викторианскому древу. Возможно, мне показалось, что когда вы говорили, что белый мужчина расположен на самом верху, была такая легкая ирония в отношении викторианских ученых. И казалось, что они не только научную задачу решают таким образом. Насколько отличаются современные ученые от тогдашних, викторианских? С точки зрения современной науки человек действительно наверху? Или он просто толще по объему своей «книги», но не факт, что лучше, потому что не факт, что «Война и мир» лучше тоненького рассказа Чехова, например? Как с этим быть?

Константин Северинов:

– Это очень хороший вопрос. Никто не лучше никого, потому что все, кто живут – хороши. Хороши самим фактом своего существования и никто не лучше другого. Плохи те, которые умерли, не оставив потомства. Или им не повезло. А длина генома такая, какая надо. Почему «надо» – это отдельный вопрос. И хотя я, может быть, создал у вас ощущение того, что мы такие прекрасные, потому что наш геном больше, чем у вирусов или бактерий, но у кукурузы, например, геном значительно больше нашего. Что не делает ее лучше нас. И вообще, «лучше» здесь не годится. Здесь нет «лучше» и «хуже».

Никита Белоголовцев:

– А геном длиннее потому, что «так надо», или потому, что «так получилось»?

Константин Северинов:

– Это отдельный вопрос, потому что всю историю, к сожалению, мы проследить не можем. Я в конце покажу картинку – это такой взгляд эволюциониста на жизнь. Он немного наверное будет не такой, как хотелось бы некоторым. Религия смотрит по-другому.

Никита Белоголовцев:

– Тогда давайте перейдем к четвертому фрагменту.

Константин Северинов:

– Я надеюсь, вы согласны, что с помощью матрицы опечаток в последовательностях ДНК можно построить дерево, которое будет показывать отношения между сравниваемыми объектами? Принцип тот же самый, что и с языками или со словами, похожими на слово «молоко» – чем меньше разницы, тем ближе на веточке находятся два объекта. Вот здесь нарисовано молекулярное дерево, построенное на основании того сравнения, которое я вам показывал. Здесь находятся животные – обезьяны, зайчики, здесь находятся растения – кукуруза, и все прочие. Здесь находятся бабочки, червяки, про которых из викторианского дерева не все было понятно.

На самом деле совершенно замечательный факт, что ученые XVIII–XIX веков, используя только морфологические признаки, смогли подстроить к дереву позвоночных многоклеточных беспозвоночных и сделали это правильно, потому что сравнение молекулярной летописи, про которое мы с вами сейчас говорим и о которой они не имели никакого понятия, приводит к очень похожему дереву. Ну, правда, еще растения оказываются присоединенными к нам, чего не было на ранних деревьях. А теперь, учитывая, что секвенирование ДНК стало очень дешевым, что мы можем очень быстро определять последовательности ДНК из самых разных видов, давайте сделаем шаг в сторону и посмотрим не только на те формы жизни, которые мы можем поймать или увидеть в зоопарке, но и на одноклеточные существа. Являются ли они нашими родственниками или нет? «Почитаем» их генетические «тексты», ведь в их клетках тоже есть ДНК. На следующем слайде представлено так называемое общее или универсальное «дерево жизни», одно из важнейших достижений науки позднего XX века.

На этом дереве вы видите ветки, но вы как будто смотрите на это дерево в обратную сторону бинокля, многие существа сливаются, их невозможно различить друг от друга в выбранном нами масштабе. Все разнообразие жизни, о котором мы с вами говорили до сих пор, находится здесь на нескольких соседних веточках: вот здесь - человек. А это – уже кукуруза. Тут же рядом – гриб-навозник. Длина веточек означает степень молекулярного разнообразия, а именно – минимальное количество замен в последовательности ДНК, которое необходимо совершить «по принципу скупости» («parsimony»), чтобы перейти от организма (а, точнее, последовательности ДНК) на одной веточке к организму, находящемуся на другой.

Первый очевидный и удивительный вывод – это к вопросу об антропоцентрической точке зрения на мир, – что разнообразие жизни огромно, а разнообразие видимых невооруженным глазом форм жизни составляет крохотную часть общего реального разнообразия. Когда говорят, что нужно спасать леса Амазонки, имеют в виду различные растения и животных. Вся она находится на двух соседних веточках, все растения здесь обозначены обобщенной кукурузой, а животные - человеком. А реальное разнообразие в одноклеточной, невидимой нами жизни.

Никита Белоголовцев:

– Не могу удержаться от шутки, что дерево жизни на самом деле – кустарник.

Константин Северинов:

–Да, оно похоже на куст. Мы знаем, что с того момента, как возникли предки многоклеточных, прошло около 650 млн лет, и за это время накопилось некоторое количество ошибок в ДНК, отраженных в длине соответствующих веток. Глядя на более длинные ветви на дереве можно посчитать, что игра в испорченный телефон, связанный с накоплением ошибок в ДНК идет около 3,5 млрд лет.

Никита Белоголовцев:

– Я правильно понимаю, что там, где сейчас указка, это то, от чего образовалось вообще всё?

Константин Северинов:

– Да, все верно. Это дерево, вне всяких сомнений, показывает нам, что не только то, что все видимые формы жизни похожи друг на друга, потому что у них одинаковые или очень похожие генетические тексты с разницей на уровне одна или несколько ошибок на 100 или 1000 букв, но также и то, что бактерии также наши родственники. И амебы, и все, все все. Никаких сомнений в родстве нет, степень похожести последовательностей ДНК совершенно исключает случайное совпадение. Стоит заняться сравнением последовательностей ДНК и ты становишься эволюционистом. Мы все родственны друг другу, и мы все выходим из одного корня. Если бы речь шла о слове «молоко», то это были бы различные варианты, диалекты, а «melg» общий корень, был бы здесь.

Никита Белоголовцев:

– Вот здесь слева сверху – это слово «бактерии»…

Константин Северинов:

– Да, это – бактерии, про это я еще скажу. На самом деле здесь почти все дерево занято одноклеточными существами. А все мы с вами, многоклеточные, находимся вот здесь и только здесь. Маленькая надстройка над огромным, крайне разнообразным миром одноклеточных, которых мы не замечаем. Вернемся к корню нашего дерева, кто там находится? Это существо, которого зовут LUСA. Он сокращения английского Last Universal Common Ancestor – «Последний общий предок». Это – носитель протоязыка ДНК, из которого возникло все существующее разнообразие живого. А что было до LUСA мы не знаем, так же как мы не знаем, что было до праиндоевропейского языка. Что-то наверняка было, ведь LUСA был очень сложно устроен, это была полностью функционирующая клетка.

Если вы посмотрите на дерево, вы увидите три большие ветки. На одной – организмы, клетки которых содержат ядра, где находится ДНК, хромосомы. На другой ветке – бактерии, клетки которых безъядерные и гораздо более просто устроенные. Но есть и третья ветка. На ней находятся существа под названием «археи», они не более родственны бактериям, чем бактерии родственны нам. 30% всех живых форм на Земле – не бактерии, и не такие, как мы, а совсем особые, хоть и родственные нам организмы. Их открыл Карл Вёзе. В 70-х годах с помощью тогда еще совсем примитивных методов молекулярной филогении он открыл целый новый мир. Совершенно потрясающее, на мой взгляд, достижение.

Удивительным образом мы можем сказать, что LUСA жил в теплой водичке. Почему? Потому что мы можем написать последовательность древней ДНК этого существа – так же, как мы можем произнести слово «melg», хотя нет ни одного носителя древнего языка. A потом мы можем определить, где, в каких условиях лучше всего работают гены этого существа. Наши с вами гены устроены так, что их продукты лучше всего работают на 37 градусах Цельсия, потому что такая температура наших тел. А продукты реконструированных, «воссозданных» генов LUCA лучше всего работают при температуре 65–75 градусов. По-видимому, это была температура той лужи, в которой он обитал. И с него началась игра в испорченный телефон, в результате чего возникли бактерии, археи и мы с вами.

Был ли LUСA одинок? Если он последний общий предок всех существующих сейчас живых существ – значит ли это, что он был один? Попробуйте про это подумать. Кто был до LUСA? Мы не знаем, но, конечно, кто то был, ведь он был полноценной клеткой. Но анализ генетических текстов не позволяет нам заглянуть дальше LUCA. Это похоже на то, как невозможно получить информацию о той части Вселенной, откуда свет не успевает добежать до нас за время, прошедшее после Большого Взрыва.

Никита Белоголовцев:

– У нас есть шанс узнать, кто был до него?

Константин Северинов:

– Может быть, но не с помощью того ДНК-анализа, про который я говорю сегодня.

Сейчас мы немного сменим пластинку. У нас был разговор про испорченный телефон, когда было задано некоторое слово, а потом оно передавалось и постепенно менялось. Но при этом был, безусловно, процесс последовательной передачи. Некоторые слова происходят иначе, «вдруг». Например, слово «спутник». В английском языке тоже есть слово «sputnik». Возникло оно не путем испорченного телефона, а путем заимствования. В ходе эволюции жизни такое тоже бывает, и называется такой процесс «горизонтальный перенос».

Оказывается, этот процесс играет очень большую роль в эволюции. Вот один, но очень важный пример. Как я уже упомянул, есть два типа клеток: простые безъядерные клетки бактерий и архей и более сложные клетки с ядром. Ядерные клетки гораздо больше и более сложно устроены. В частности, у этих клеток есть митохондрии, энергетические станции клетки. У клеток растений тоже есть ядра и митохондрии, но еще у них еще есть хлоропласты, которые позволяют растениям фиксировать углекислый газ и производить кислород, а заодно делают их зелеными. На слайде - фотография Линн Маргулис.

В 60-х годах она предположила, что митохондрии и хлоропласты – это бывшие бактерии, когда-то захваченные предком всех ядерных клеток. Ее гнобили всеми возможными способами, ей писали, что она ничего не понимает, что ей надо завязать с наукой, что ей там нечего делать... В митохондриях и хлоропластах есть некоторое количество ДНК. Поэтому можно определить последовательность этой ДНК и сравнить с другими последовательностями на универсальном древе жизни. На следующем слайде снова показано «дерево жизни», LUCA, мы с вами и с кукурузой. Но здесь также показаны стрелки, ведущие от бактерий к ядерным клеткам.

Что он означают эти стрелки? Оказывается, митохондрии, которые есть у всех ядерных клеток имеют ДНК, последовательность которой почти идентична ДНК, некоторых бактерий. Что это значит? Это означает, что общий предок всех ядерных клеток когда-то захватил бактерию и стал использовать ее, как средство для производства энергии. То же самое произошло с хлоропластами: в хлоропластах есть ДНК, и ее последовательность очень похожа на последовательность ДНК сине-зеленых водорослей, а эти водоросли на самом деле – бактерии. Это такие же события, как со «спутником» или с «компьютером». Был удачно захвачен хороший генетический «текст», и он стал источником для инноваций, для создания многоклеточных организмов, в частности, нас с вами. A догадка Маргулис оказалась верной.

Я начал с того, что сказал, что буду рассказывать про молекулярное разнообразие жизни, а на самом деле выясняется, что жизнь – однообразна в том смысле, что она возникла из одного корня, и развивалась по понятным нам, так сказать, «человеческим» принципам. Можно что-то сказать кому-то чуть-чуть не так, сделать ошибку. А можно у кого-то что-то стащить. Или кому-то можно что-то отдать. В результате накапливаются отличия, появляется разнообразие, возникают непредсказуемые свойства, новые смыслы. Таким образом, возникают, наверное, различные толкования канонических текстов, например Библии, различные течения христианства. На последнем слайде показан взгляд на жизнь с точки зрения молекулярного биолога.

Жизнь сравнивали со «слепым часовщиком», который создает идеальные, прекрасно функционирующие часы. Образ часов не случаен, он возник во время заочной полемики Дарвина с епископом Пейли, который писал: «Если вы идете по улице и увидите валяющийся на дороге сложный механизм, часы, вы скажете: «их кто-то создал», в отличие от, например, камня, который не требует создателя». На самом деле, как ни странно, правильным является утверждение, что «никакого целеполагающего создателя не было, часовщик был слепой и делал он вовсе не часы; часы получились сами собой, а создатель играл в испорченный телефон, он просто делал ошибки».

На картинке приведен рисунок Руба Голдберга, он известен тем, что создает безумные машины. На рисунке - машинa для выдавливания зубной пасты на щетку, когда вы утром подходите в раковине в ванной комнате. Машина функционирует посредством сложной (и безумной) последовательность действий: после того, как вы включаете свет в ванной, вылетает птичка, катится шарик, происходит ряд интересных вещей и в конечном счете через систему петель и веревок вам на голову падает камень, к которому снизу привязан тюбик зубной пасты. От удара какое-то количество пасты выдавливается, она попадает на зубную щетку, которую вы как раз взяли в руку. Схема очень сложная, ни один инженер никогда бы этакую не создал, он придумал бы что-нибудь более простое и эффективное.

Но жизнь и живые организмы устроены именно так, как машины Голдберга: мы все – результат сложных исторических процессов, каждый отдельный из которых мог иметь смысл когда-то, а сейчас может из уже не иметь. Нас окружают странные устройства – живые существа – которые, безусловно, работают, но считать, что для работы эти устройства должно быть именно такими, а не другими, или тем более, что устройства специально созданы для выполнения конкретной цели – неверно. Зато изучая происхождения этих устройств, их эволюцию, можно понять, почему они стали именно такими, а не какими-нибудь другими.

Таким образом, жизнь вокруг нас не является продуктом действий слепого часовщика, а результатом «творчества» mad tinkerer – сумасшедшего кустаря. Кругом валяется множество всяких штучек и деталей, и он бездумно и безумно их соединяет, постепенно создавая все более сложные конструкции. Большинство его действий ни к чему не приводят, даже делают ситуацию хуже – ведь кустарь делает ошибки – но времени много, и некоторые «создания» функциональны. удачные варианты, работающие машины Руба Гольдберга, размножаются, и дальнейшие изменения создаются на их основе. Результатом является то разнообразие, которое мы с вами видим, и гораздо большее невидимое разнообразие жизни. Спасибо большое.

Никита Белоголовцев:

– Огромное спасибо! У нас осталось немного времени, поэтому давайте пожертвуем Нобелевской премией – не многие, как я, могут пожертвовать Нобелевской премией – и дадим возможность задать вам вопросы. Поднимайте руки, не стесняйтесь.

Вопрос:

– Добрый вечер. Скажите, где на всеобщем «древе жизни» находятся вирусы?

Константин Северинов:

– Ответ: нигде. Почему вы решили, что вирусы – живые? Мне кажется, говоря о вирусах полезно провести параллель с компьютерами. Мы знаем, что существующие компьютеры происходят от одного корня. Мы также знаем, что компьютерные вирусы устроены по-разному и в отличие от компьютеров возникали много раз, у них нет единого корня. И будут возникать (вернее, люди из будут создавать) в будущем. Так вот, клеточная жизнь, возникшая единожды, и вирусы относятся друг к другу как компьютеры и компьютерные вирусы.

По-видимому, биологические вирусы возникали много раз. Если есть клетка-компьютер, ну как в не завестись чему-то, что может на ней паразитировать, используя ее ресурсы? Безусловно, у многих вирусов есть гены, которые они заимствовали у клеток, но к одному корню вирусы не могут быть сведены, в отличии от клеточной жизни.

Известный эволюционист, наш бывший соотечественник Евгений Кунин, считает, что LUСA, и вообще клеточная жизнь возникла в результате комбинаций каких-то вирусов. Но это – гипотеза, и непонятно, как это можно было бы доказать, да и представить довольно сложно. Это все равно, как если бы компьютеры были сделаны компьютерными вирусами, которые существовали до того, как были компьютеры.

Никита Белоголовцев:

– Ого… я хотел дозадать скромный и уточняющий вопрос: можем ли мы предположить, что вирусы были раньше «Люки», но это примерно то, на что вы сейчас ответили.

Константин Северинов:

– Вирусы не живые в том смысле, что у них нет метаболизма, они полностью зависят от существования клеток. Вирус живой лишь постольку, поскольку есть клетка, ресурсами которой он пользуется. В отсутствии этой клетки он не живой, а просто физико-химический объект.

Вопрос:

– Насчет дальнейших путей эволюции. Вы говорили, что мутации приводят к разнообразию. Но сейчас у нас есть ручные методы, мы можем переставлять какие-то гены, которые кодируют какие-то продуцирующие белки, и так далее. А можем ли мы чисто из этих букв собирать какие-то совершенно новые гены, новые белки, ранее не существовавшие? И еще: были новости, что кто-то начал строить какие-то последовательности ДНК не из четырех, а из шести букв. Можете это прокомментировать?

Константин Северинов:

– На самом деле давно известны вирусы, у которых не такие четыре буквы в ДНК, как у нас, а есть другая буква, которая у нас находится в РНК. Кроме того, с помощью не очень сложных молекулярно-биологических манипуляций можно ввести дополнительные буквы, пары оснований, в ДНК, и это будет работать при условии, что к новым буквам будет «подвязан» генетический код».

Я не говорил про это, но существует специальная система правил, как перекодировать последовательность ДНК в последовательность белков, это и есть генетический код. Что касается того, можно ли сделать последовательность ДНК, которая кодирует ген, который кодирует не существующий в природе белок – да, это можно сделать, только проблема в том, что, скорее всего, этот белок не будет работать, т.е., созданный de novo биологический текст не будет иметь смысловой нагрузки. Потому что, возвращаясь к Добжанскому, мы все и, конечно, наши гены – продукт длительной эволюции, отбора на функциональность. Последовательности ДНК, гены, которые существуют, существуют потому, что они были отобраны.

Были и постоянно возникают последовательности, которые «не работают», но они не сохраняются, потому что их носители не оставляют потомства, не передают эти последовательности следующим поколениям. Ведь биологический отбор идет на наличие какой-то конкретной функции, свойства, полезного здесь и сейчас. Когда вы говорим про белки, кодируемые генами, мы ведем речь о белках, умеющих что-то делать, молекулярных машинах, ферментах-катализаторах и т.д., которые возникали в результате долгого исторического процесса кустарного, постепенного улучшения, подкручивания….

Мы пока не знаем, как заменить этот длительный бездумный процесс перебора рациональным конструированием. Но время на нашей стороне, ведь молекулярная биология наука очень молодая. Структура ДНК была открыта, и стало понятно, как работает наследственность на молекулярном уровне, в 1953 году. Джим Уотсон до сих пор жив. Клонировать люди научились в середине 70-х годов. Трансгенные животные стали получаться в 90-х годах ХХ века. Способность массово параллельно секвенировать последовательности ДНК и геномика, как наука по анализу и сравнению огромного количества этих последовательностей, появились 10 лет назад. Без сомнения, прогресс в будущем будет стремительный и нас ждут новые открытия.

Никита Белоголовцев:

– Наверное, последний вопрос на сегодня, прошу.

Вопрос:

– Вы сказали, что человек не представляет собой ничего особенного на этом «дереве жизни». Основываясь, как я понял, на том, что его ДНК – тоже ничего особенного, у кукурузы длиннее. Если взять такую вещь, как рибосому, то у человека она самая большая в живом мире. И рибосома очень мало отличается от ДНК, очень похожа. Нуклеотиды, РНК, смешанная с протеинами.

Константин Северинов:

– Рибосома – это очень древняя машина, которая используется для чтения генетического кода. Ген – это линейная последовательность букв ДНК, рибосома – это машина, которая эту последовательность переводит, перекодирует в последовательность аминокислот в белках, а белки – это агенты-функционалы, это молекулы, которые работает у нас в клетках. Те деревья, которые я вам показал, и то открытие, которое сделал Вёзе, когда он на 30% увеличил знаемую часть биологического разнообразия, были сделаны при изучении последовательности РНК рибосом.

Рибосома – очень древняя машина. Она была у LUCA. Это как с языками: самые важные и «простые» словa – мама, папа, дочь и т.д. – древние. А потом уже в одних языках возникли дополнительные, независимые термины для обозначения в общем одних и тех же вещей и понятий. Так вот, вы привели неудачный пример, потому что человеческая рибосома ничем не выделяется от рибосом наших родственников. Рибосома – очень важная, а следовательно, в эволюционных терминах консервативная, менее изменчивая. Рибосомы человека и приматов очень похожи, почти идентичны. И уж конечно она у нас не самая большая. И в любом случае размер здесь неважен.

Никита Белоголовцев:

–Константин, спасибо огромное, что были у нас в театре. Пусть и в конце, но мы дарим вам ProScience-вешалку, такая диалектика у нас получается. Не могу не сказать вам вещь, о которой я думал во время всего нашего представления: если или когда я буду рисовать мультфильм, в котором будет персонаж – ученый, я обязательно попрошу у вас права на использование вашего визуального образа. По-моему, вы выглядите как идеальный ученый. Спасибо вам огромное! Константин Северинов был сегодня гостем ProScience Театра!

Смотрите также: Лекция Константина Северинова в ProScience Театре. Видео Константин Северинов в ProScience Театре. Фоторепортаж ProScienceТеатр 16.11. К. Северинов о буднях ученых-биологов