Биология веры. Как сила убеждений может изменить ваше тело и разум

Клетки как маленькие человечки

Как выяснилось впоследствии, этому курсу гистологии суждено было стать самым прекрасным и интеллектуально богатым периодом в моей академической карьере. Пользуясь предоставленной мне свободой, я построил курс по собственному желанию, сообразно новому подходу, уже несколько лет зревшему в моей голове. Мной завладела мысль, что понять физиологию и поведение клеток будет легче, если представить их себе как неких маленьких человечков. Размышляя над новой структурой курса, я воодушевлялся все больше. Идея состыковки клеточной и человеческой биологии вновь зажгла во мне давний детский энтузиазм к научным занятиям, который по-прежнему вызывала у меня работа в лаборатории, а ни в коем случае не бумажная трясина, бесконечные заседания и безмерно надоевшие мне факультетские вечеринки – этот неизменный атрибут штатной университетской должности.

Мое стремление очеловечить клетки объясняется тем, что годы за микроскопом выработали у меня немалый пиетет перед сложностью и могуществом того, что поначалу представлялось мне анатомически незамысловатыми комочками, движущимися в чашке Петри. Вероятно, вы помните из школьного курса основные элементы клетки: ядро, где содержится генетический материал, клеточные энергетические станции – митохондрии, защитную внешнюю оболочку-мембрану и цитоплазму, заполняющую внутреннее пространство. Но за этой кажущейся простотой скрывается сложнейший мир, и порой клетки используют технологии, которые ученым еще лишь предстоит до конца понять.

Большинству биологов мое представление о клетках как о людях в миниатюре покажется ересью. Попытки объяснить что-либо нечеловеческое, соотнося его с поведением людей, называются антропоморфизмом. Для «истинных» ученых антропоморфизм – это что-то вроде смертного греха, и тех, кто сознательно к нему прибегает, они подвергают безусловному остракизму.

Но я верил, что для такого выхода за ортодоксальные рамки существуют веские причины. В своей работе биологи стремятся обрести научное знание, наблюдая природу и строя гипотезы о том, как функционируют те или иные объекты. Затем они разрабатывают эксперименты, при помощи которых можно было бы проверить их теории. Построение гипотез и разработка эксперимента требуют от ученого «думать», как клетка или другой живой организм осуществляют свою жизнедеятельность. Применение таких «человеческих» подходов к решению загадок биологии автоматически делает этих ученых виновными в антропоморфизме. Как ни крути, в основе биологической науки лежит то или иное очеловечивание предмета изучения.

По моему глубокому убеждению, неписаный запрет на антропоморфизм – это пережиток мрачного средневековья, когда церковные авторитеты не допускали и мысли, что между человеком и другими Божьими творениями может существовать какая-либо связь. Согласен, что такой подход полезен при попытках очеловечить электрическую лампочку, радиоприемник или перочинный нож, но критиковать исследователей живых организмов, по-моему, бессмысленно. Люди – это существа, состоящие из множества клеток, поэтому в силу самой своей природы мы должны демонстрировать общие с ними способы поведения.

Я хорошо понимаю, что для признания таких параллелей требуется некоторое изменение восприятия. Исторически иудеохристианские верования привели нас к мысли, что мы – разумные существа, созданные посредством некоего процесса, отдельного и отличного от процесса создания всех прочих растений и животных. Такое представление заставляет нас свысока смотреть на другие формы живого, почитая их неразумными – в особенности если речь идет о тех, что стоят на более низкой эволюционной ступени.

Большую нелепость трудно себе представить. Когда мы, глядя на себя или других людей в зеркале, рассматриваем их как изолированные организмы, то такое представление в каком-то смысле правомерно – во всяком случае, в рамках нашего уровня наблюдения. Но если вы посмотрите на свое тело с точки зрения клетки, то оно предстанет вам совсем иначе. Вы больше не покажетесь себе изолированной сущностью. Вашему взору откроется неугомонное сообщество из более чем 50 триллионов отдельных клеток.

Пока я перебирал в голове подобные мысли, передо мной раз за разом возникала одна и та же картинка из энциклопедии, увиденная мной еще в детстве. К статье о человеке там прилагалась иллюстрация на семи прозрачных пластиковых страницах. На каждой из них был изображен один и тот же контур человеческого тела. На первой странице этот контур был заполнен изображением обнаженного человека. Перевернув ее, вы словно снимали с него кожу и обнажали мускулатуру – таково было изображение на второй странице. Затем перед вами открывался наглядно выполненный разрез всего тела, и вы поочередно видели скелет, мозг и нервы, кровеносные сосуды и систему внутренних органов.

Для своего карибского курса я мысленно дополнил эти картинки еще несколькими изображениями, каждое из которых иллюстрировало те или иные клеточные структуры. Большинство их обычно называют органеллами – «миниатюрными органами», плавающими в желеобразной цитоплазме. Органеллы – это функциональные эквиваленты тканей и органов нашего собственного тела. К ним относятся ядро (самая крупная органелла), аппарат Гольджи и вакуоли. Традиционно в подобных курсах сначала рассматривают эти клеточные структуры, а затем переходят к тканям и органам человеческого тела. Мне захотелось объединить эти две части и показать сходство человека и клетки.

Люди – это существа, состоящие из множества клеток, поэтому в силу самой своей природы мы должны демонстрировать общие с ними способы поведения.

Я говорил своим студентам, что биохимические механизмы в системах клеточных органелл, по существу, те же самые, что и в системах наших внутренних органов. И хотя человеческое тело состоит из триллионов клеток, в нем нет ни одной «новой» функции, которая не фигурировала бы уже в отдельной клетке. Всякая эукариота (клетка, содержащая ядро) обладает функциональными эквивалентами нашей нервной системы, системы пищеварения, системы дыхания, выделительной системы, эндокринной системы, костно-мышечной системы, системы кровообращения, наружных покровов (кожи), репродуктивной системы и даже примитивной иммунной системы, функционирование которой обеспечивается семейством антителоподобных белков, называемых убиквитинами.

Также я недвусмысленно заявил своим студентам, что каждая клетка – это разумное существо, способное к самостоятельной жизни (ученые демонстрируют это всякий раз, когда отделяют те или иные клетки от организма и выращивают их в культуре). Как мне и показалось в детстве, эти разумные клетки обладают намерением и целью: они активно ищут для себя условия, поддерживающие их жизнедеятельность, и в то же время избегают агрессивных и ядовитых сред. Как и люди, отдельные клетки анализируют тысячи сигналов, поступающих от их микроокружения. Посредством анализа этих данных они вырабатывают необходимые поведенческие реакции для выживания.

Отдельные клетки также способны к обучению на основании результатов взаимодействия с окружающей средой. Они умеют хранить память об этом опыте и передавать его своим потомкам. Например, когда в тело ребенка проникает вирус кори, незрелые иммунные клетки получают сигнал на выработку против него защитного белка-антитела. Одновременно с этим клетка должна создать новый ген, который послужит «шаблоном» для последующей выработки противокоревого белка.

Первый шаг при создании специфического гена выработки противокоревых антител происходит в ядре этих незрелых иммунных клеток. В их собственных генах имеется огромное количество участков ДНК, каждый из которых кодирует синтез того или иного уникального белкового фрагмента. По-разному перетасовывая эти участки ДНК, иммунные клетки создают огромный массив различных генов, соответствующих различным антителам. Если незрелой иммунной клетке удается выработать белок антитела, достаточно хорошо соответствующий (комплементарный) внедрившемуся в организм вирусу кори, такая клетка активируется.

Активированные иммунные клетки, в свою очередь, запускают удивительный механизм аффинного созревания, который позволяет клетке точнейшим образом «подогнать» окончательное строение белка-антитела для обеспечения его полнейшей комплементарности вторгшемуся вирусу кори. При помощи процесса соматической гипермутации активированные иммунные клетки в сотнях копий размножают исходный ген антитела. Однако каждая очередная копия оказывается слегка мутировавшей и отличной от оригинала, благодаря чему кодирует синтез несколько отличающегося по своему строению белка. Из множества вариантов клетка выбирает тот, который дает наиболее соответствующее антитело. Этот избранный вариант гена снова и снова проходит процедуру соматической гипермутации, пока получившееся в результате антитело не будет представлять собой идеальный «слепок» с вируса кори.

Прикрепляясь ко вторгшемуся вирусу, сформированное таким образом антитело инактивирует его и помечает как подлежащий уничтожению, тем самым ограждая ребенка от пагубного воздействия заболевания. При этом клетки его организма хранят генетическую «память» об этом антителе, так что, если в будущем он снова подвергнется атаке вируса, клетки практически мгновенно обеспечат защитный иммунный ответ. Когда клетка делится, она еще и передает новый ген антитела всем своим потомкам. Таким образом, клетка не только «узнает» о вирусе кори, но и создает «память», наследуемую и распространяемую дочерними клетками. Эта удивительная генно-инженерная способность клетки имеет огромное значение, так как свидетельствует о врожденном «интеллектуальном» механизме клеточного развития.