Генетика на завтрак. Научные лайфхаки для повседневной жизни

РНК – первая всегда

На первый взгляд может показаться, что РНК всего лишь играет роль посредника. Подобно почтальону, она переносит копии отдельных генов из клеточного ядра, чтобы из них могли образовываться белки. Это звучит довольно скромно, но те, кто любит смотреть любовные драмы, знают, что почтальоны часто бывают самыми настоящими пройдохами. Кроме того, РНК проказничает гораздо больше, чем первоначально полагали. Например, она сама может служить генетической информацией. Это мы знаем благодаря определенным вирусам, которые прописали свой генетический материал не в ДНК, а в РНК. К ним относятся риновирусы, которые регулярно проверяют, в порядке ли наши железы слизистой оболочки носа, награждая нас жутким насморком.

В человеческих клетках РНК также выполняет самые разнообразные функции. Она не только передает информацию о генах, но и самолично перезаписывает их в белки. Рибосомы, компоненты клетки, составляющие белки, в свою очередь, состоят из РНК. Самый настоящий мастер на все руки, Макгайвер среди макромолекул.

Принято считать, что первая форма жизни состояла всего лишь из мембраны, в которой содержалась последовательность РНК. Эта РНК была в состоянии копировать сама себя.

Первобытное поведение, которое можно наблюдать и по сей день, когда деятели науки, напившись на рождественской вечеринке, садятся голым задом на копировальный аппарат. Но в состоянии ли РНК делать что-то подобное в одиночку?

В 2009 году американскому биохимику Джералду Фрэнсису Джойсу удалось создать две цепи РНК, которые взаимно воспроизводили друг друга [2]. Для этого им были не нужны ни белки, ни другие составляющие нынешних клеток, а только первичный бульон из компонентов РНК. При этом буквенная последовательность обеих РНК не задавалась исследователями, а возникала из эволюционного эксперимента, при котором несколько РНК конкурировали друг с другом в борьбе за выживание, в результате чего последовательность букв РНК менялась в ходе эксперимента. Если вы пройдете достаточно далеко вдоль цепи отцов, то, вероятно, столкнетесь с подобными РНК, которые скажут вам, что прежде, когда еще можно было размножать себя самостоятельно, было лучше.

Считается, что первой формой жизни является мембрана с последовательностью РНК внутри, способной копировать себя.

Итак, на молодой Земле было почти все необходимое. Были белки и строительные блоки клеточных мембран. В условиях первичного бульона РНК также могла создаваться из простых молекул. Следует ожидать, что при спонтанном формировании мембран в них иногда оказывались включения РНК. То, что таким образом возникает примитивная, саморазмножающаяся клетка, звучит довольно неправдоподобно. Если это все так, то следует помнить, что для создания такой клетки на невообразимо огромной поверхности в распоряжении у Земли было невообразимо долгое время. В этом контексте крайне вероятным становится то, что где-то однажды может произойти что-то крайне маловероятное. В конце концов, ежедневно десятки людей оказываются пораженными ударом молнии, а где-то прямо сейчас слепой цыпленок подавился зернышком.

РНК не очень стабильна и имеет тенденцию менять свою буквенную последовательность. Поэтому клетки, чья генетическая информация состоит из РНК, очень быстро стали бы очень разными. Если последовательность букв изменяется таким образом, что положительно влияет на размножение, то эти клетки будут преобладать над другими. Именно с этого наконец началась эволюция, и вот тут стало можно впервые заговорить о биологии.

Со временем, когда клетки стали более сложными, задача долгосрочного хранения информации была передана от РНК к ДНК. Хотя обе молекулы химически практически идентичны, ДНК гораздо более стабильна и поэтому лучше подходит для такой работы. Белки были созданы для того, чтобы взять на себя выполнение сложных задач, с которыми не в состоянии справиться РНК. Некоторые клетки вбирали другие клетки. Это привело к появлению внутренних секций, которые могли взять на себя выполнение различных задач, как, например, клеточное ядро, которое заботится о ДНК, или митохондрии, которые отвечают за производство энергии.

Долгое время эти одноклеточные организмы играли доминирующую роль в мировых событиях. И все же когда первые клетки заметили, что сотрудничество имеет больше преимуществ, нежели конкуренция, образовались многоклеточные организмы и случился бум сложной жизни. В результате появились вы, я и любая другая форма жизни, которую мы сегодня можем с восхищением наблюдать невооруженным глазом.

Мы – это хорошо организованная группа одноклеточных организмов, которые собрались вместе, чтобы устроить грандиозную вечеринку.

Так сколько же было первичных клеток?

Но откуда мы знаем, что у жизни был лишь один первоисточник? Разве несколько первичных клеток не могли возникнуть независимо друг от друга? Можно ли убедить себя, что вы и собака, которая вечно просится на улицу, произошли от разных первичных клеток? В некоторых своих свойствах все живые существа в мире настолько похожи, что кажется, будто не существует другого объяснения, кроме общего происхождения. Ученый-биохимик Дуглас Теобальд сравнил аминокислотные последовательности у различных видов и подсчитал, что общее происхождение всех живых существ по меньшей мере в 10²⁸⁶⁰ раз более вероятно, чем другие мыслимые сценарии, такие как, например, многочисленные первичные клетки, возникшие независимо друг от друга [8]. Вероятность равняется единице, поделенной на число с 2860 нулями. Для сравнения, вероятность выпадения всех шести правильных цифр в лотерее равна единице, поделенной на число всего с шестью нулями. Так что есть веские причины верить в наше общее происхождение. Для меня это знание стало одним из прекраснейших подарков, преподнесенных нам биологией. Теперь-то мы знаем, что у нас есть общие предки с каждой обезьяной, каждой птицей, каждым грибом, каждым растением и даже каждой кишечной палочкой, с которой мы делим нашу планету. Во времена Дарвина это было невероятно. Но те, кто любит смотреть реалити-шоу, замечают, что наше отделение от одноклеточных организмов произошло не так уж и давно.

Вероятно, мы никогда не сможем с уверенностью сказать, как именно появилась первая клетка. Но тот факт, что мы можем создавать модели, которые частично поддаются экспериментальной проверке и описывают правдоподобный переход от неживой материи к живой, должен вызывать у нас некоторую гордость. Мы – первые млекопитающие, у которых это получилось. Чтобы суметь насладиться этой книгой в полной мере, давайте еще немного поговорим о ДНК, живущей в наших клетках. Вы уже знакомы с этой двойной спиралью, которая содержит буквы A, T, G, C и решает, начнете ли вы лысеть к сорока годам. Практически все клетки вашего тела содержат всю вашу генетическую информацию за несколькими незначительными исключениями, такими как эритроциты (перенос кислорода), тромбоциты (свертывание крови) и клетки в линзах глаз (зрение). Чтобы спираль ДНК поместилась в наши клетки, она должна быть очень плотно свернута.

Если вытащить цепь ДНК из клетки и распутать, то ее длина составит около двух метров.

Это представляется вполне управляемым количеством генетической информации, но на этих двух метрах записано около трех миллиардов букв! Можете ли вы вообразить себе что-то подобное? ATGTCGTGATGCTGCCGTAATG… Я сэкономлю ваше время, ведь потребуется 50 лет, чтобы прочитать всю цепь ДНК вслух, а вы сегодня вечером, скорее всего, не располагаете таким количеством времени. Если оценивать консервативно, то ваше тело состоит приблизительно из 10 000 000 000 000 (10 триллионов) клеток. Теперь вы сможете блеснуть своими познаниями в области математики.

10 триллионов клеток умножим на 2 метра ДНК и получим 20 миллиардов километров генетической информации. Расстояние между Солнцем и Землей составляет около 150 миллионов километров. Достали калькулятор?

Свернутая ДНК вашего тела – это примерно 130 расстояний от Земли до Солнца! Это даже длиннее, чем список сексуальных партнерш Чарли Шина.

Подобно тому, как буквы в этой книге приобретают смысл лишь только, формируя слова, буквы вашей ДНК образуют отдельные гены, которые можно прочесть. В общей сложности у нас их около 21 000, причем большинство из них по несколько тысяч букв длиной. Это звучит потрясающе, а вот с точки зрения водяной блохи daphnia pulex с ее 31 000 генов не особенно впечатляюще. Итак, то, насколько сложным является организм, не зависит исключительно от количества генов, а прежде всего от того, чем они занимаются и как происходит их регуляция. Как только создается РНК-копия гена, происходит либо создание белка, либо принятие самой РНК активной функции. На молекулярном уровне общая картина быстро становится очень сложной, но в конечном итоге из всего этого возникают милые существа, которые составляют нам компанию в этом мире. В следующей главе воздадим должное замечательному процессу, который породил такое многообразие наших современников: брачным играм.

Глава 2
Любовь, гены, инструмент для поглаживания

Вы смотрели мультфильм «В поисках Немо»? Приключения оранжево-белой рыбки-клоуна? Факт: когда в популяции рыб-клоунов погибают самки, самый крупный доминирующий самец превращается в даму. Почему же именно самый мужественный самец меняет свой пол? Возможно, он с самого начала вел себя так мужественно, чтобы скрыть свою сексуальную неуверенность, но правда ли он расцветет после изменения пола?

Получит ли мульфильм «В поисках Немо» продолжение с названием «Немо в поисках своей сексуальной идентичности»?

 

Тема сексуальности такая сложная. Что касается половых ролей, то здесь, кажется, и сама природа иногда окончательно сбивается с толку. Вспомним, к примеру, Рудольфа, красноносого северного оленя. Как вам известно, этот северный олень с великолепными рогами и сияющим красным, словно у пьяницы, носом каждое Рождество должен тянуть сани Санта-Клауса. Северные олени – единственный вид оленей, самки которых носят рога. Впрочем, они сбрасывают их весной. Самцы же сбрасывают рога еще осенью. Поэтому северный олень, который носит рога зимой, должен быть самкой, в свете чего имя Рудольф представляется довольно нетипичным. Очевидно, что маленький помощник Санты – олень-транссексуал, который родился самкой. Я определенно прав, но здесь главное то, что я получаю свои подарки.

В природе разрешено все, что идет на пользу воспроизводству. Стремление к спариванию особенно глубоко отпечаталось в нашем геноме. С точки зрения эволюции вид является успешным, если его представители производят на свет большое количество детенышей и сохраняют их здоровыми, пока те не смогут иметь своих детенышей.

Сексуальное влечение мотивирует нас, подталкивая к продолжению рода и любви, которая удерживает двух людей вместе, чтобы они могли заботиться о своем потомстве. В принципе, это звучит очень просто. Пока не начнется период полового созревания.

What is love?
(Что такое любовь?)

Baby don’t hurt me. Don’t hurt me. No more. (Детка, не причиняй мне боль, не надо.)

Любовь, вне всяких сомнений, – это тема № 1 всех поп-песен. Наверное, потому, что быть влюбленным чертовски приятно. Хотя существует много других вещей, которые помогают отлично себя чувствовать, но кто захочет слушать песни о походах в туалет? Не говоря уже о сомнительных фанатах, которых это будет привлекать.

Мы являемся результатом непрерывной эволюционной цепи успехов, которая тянется вот уже миллиарды лет.

Любовь должна побуждать нас продолжать эту цепь и как можно лучше готовить молодое поколение к трудностям этого мира. Но почему же это так приятно? Все дело в наркотиках.

Человек – результат древней эволюционной цепи успехов, и любовь побуждает эту цепь продолжать.

Наркотики способны кому угодно доставить сексуальное удовлетворение. Эту идею пытаются донести до нас с самого детства. В 1990-е годы продавали карандаши с надписью TOO COOL TO DO DRUGS (слишком крут, чтобы принимать наркотики). Они были довольно быстро сняты с продажи после того, как десятилетний школьник заметил, что по мере затачивания карандаша сообщение менялось:

TOO COOL TO DO DRUGS (слишком крут, чтобы принимать наркотики)

COOL TO DO DRUGS (крут, чтобы принимать наркотики)

DO DRUGS (принимайте наркотики)

DRUGS (наркотики)

Карандаши без проблем могли и дальше использоваться в школах, если бы авторы вовремя объяснили, что под наркотиками подразумевались собственные гормоны тела. В конце концов, они являются основной мотивацией для всего, что мы делаем.

Природа создала нас таким образом, что поведение, имеющее смысл с точки зрения эволюции, наводняет наш мозг гормонами радости. Следовательно, вы пристрастились не к бесподобному мраморному кексу вашей бабушки, а к гормонам, которые наш мозг выплескивает после праздничного ужина.

Любовь действует на наш мозг подобно кокаину.

В nucleus accumbens, или центре удовольствия нашего мыслительного органа, порог, при котором выстреливают нейроны, понижается. Благодаря этому каждый опыт, который мы получаем, воспринимается более позитивно. Музыка начинает звучать мелодичнее, солнечные лучи нежнее согревают кожу, а еда в столовой становится менее тошнотворной. В то же время нейроны, ответственные за восприятие боли, вспыхивают слабее. В следующий раз, когда ваш мизинец на ноге поцелуется с ножкой кровати, быстро взгляните на фотографию любимого человека. Но не делайте этого слишком часто, иначе в один прекрасный момент объект вашей страсти начнет ассоциироваться с болью, что обычно наступает после долгих лет брака. Взаимное влечение можно разделить на три стадии, которые дурманят нас разными гормонами.

Фаза 1: вожделение

Всего лишь 200 миллисекунд требуется на то, чтобы решить, считаем ли мы кого-то сексуально-привлекательным. Впрочем, разглядеть большинство скрытых достоинств в общем-то не представляется возможным даже с рентгеновским зрением. Но об этом можно позаботиться и потом. Сейчас первоочередной задачей является подготовка тела к грешным делам. В этом деле нам помогают два классика среди половых гормонов: тестостерон и эстроген.

Тестостерон. Несмотря на свою репутацию типичного мужского гормона, тестостерон усиливает половой инстинкт у обоих полов. Он усиливает желание заняться сексом и выделяется в больших количествах, когда переходишь к процессу соблазнения. В результате возникает идеальный цикл: чем больше занимаешься сексом, тем больше секса хочешь получить. Мужчины выделяют особенно много тестостерона, когда чувствуют запах женщин, находящихся в плодородной фазе своего цикла.

Эстроген. Эстрогены являются важнейшими женскими половыми гормонами. Пребывая в плодородной фазе цикла, женщина производит его особенно много, что усиливает сексуальное влечение. Между тем существует мнение, что эстроген также может усиливать половой инстинкт мужчин.

Фаза 2: влечение

Вот когда влюбленность становится действительно хардкорной, а розовые очки прочно сидят на носу. Мысли о потенциальном спутнике жизни не покидают голову. Растерянное сердце начинает неистово биться, кожа краснеет, а ладони ждут самого неподходящего момента, чтобы вспотеть.

Дофамин. Одного взгляда на предмет воздыхания уже достаточно, чтобы в area tegmentalis ventralis взорвался заряд дофамина. Эта область мозга располагается точно между нашими ушами и при наличии состояния влюбленности выстреливает любимый всеми нейротрансмиттер^[4]. Дофамин порождает эйфорию и действует на мозг, словно кокаин. Таким образом, у влюбленных голубков с повышенным содержанием в крови дофамина наблюдается типичное поведение кокаиновых наркоманов: увеличение количества энергии, подавление чувства голода, улучшение способности к концентрации и снижение потребности во сне.

Норадреналин. Тело переключается на режим «борись или лети». Сердце начинает бешено колотиться, и это заставляет чувствовать волнение, объем памяти увеличивается, а восприятие времени меняется.

Серотонин. Нейротрансмиттер серотонин дарит нам ощущение умиротворенности и внутреннего покоя. Правда, у влюбленных он опускается до уровня, известного только пациентам с обсессивно-компульсивными расстройствами. Иначе говоря, постоянно приходится думать о другом человеке. Были случаи, когда для борьбы с болезненным состоянием влюбленности приходилось использовать препараты, повышающие уровень серотонина.

Фаза 3: привязанность

Первоначальный коктейль из гормонов постепенно успокаивается и уступает место приятному и более продолжительному действию окситоцина и вазопрессина. Считается, что два гормона ответственны за снижение количества дофамина и норадреналина. Это объясняет, почему со временем страсть проходит, а взаимная привязанность усиливается.

Вазопрессин. «Гормон моногамии» попадает в кровь во время сексуального возбуждения. Его роль впервые была проанализирована у моногамной степной мыши-полевки. Животные остаются верны друг другу в течение всей своей жизни, что не должно быть для них слишком сложным при ожидаемой ее продолжительности всего в два года. Влюбленные степные полевки очень агрессивно реагируют на соперников, которые подходят к их возлюбленным слишком близко. Тем не менее если заблокировать им вазопрессин, то они перестают беспокоиться, что соперник флиртует с их избранницей. В этом случае они лучше отправятся на поиски другой прекрасной дамы.

Окситоцин. «Гормон ласки» выделяется прежде всего при нежных прикосновениях и оргазмах. Это усиливает человеческую связь и доверие к партнеру. Вот теперь САМОЕ подходящее время, чтобы произвести на свет детишек!

Такая крупномасштабная атака мозга химическими веществами заставляет нас пристраститься к совместному времяпрепровождению с возлюбленным или возлюбленной с целью получения последующих доз. Часто можно услышать, как люди жалуются, что после первых двух фаз удовольствие и влечение ослабевают. В основном это случается через два-три года отношений. Но мы, вероятно, и не смогли бы многого добиться в жизни, если бы постоянно пребывали в состоянии влюбленности. С любовью дело обстоит так же, как и с другими веществами, вызывающими зависимость. Приятно иногда пропустить пару кружек пива с друзьями, но, если начнешь ежедневно закладывать за воротник, друзья вскоре не захотят иметь с тобой ничего общего.