Возникновение человека – результат целого ряда генетических сбоев. Не будь ошибок – не было бы и эволюции. Ученые уверяют, что произошёл бы фатальный системный сбой. О чём это они? И как нам быть с генетическими ошибками сегодня? Исправлять или анализировать?
Возникновение человека – результат целого ряда генетических сбоев. Не будь ошибок – не было бы и эволюции. Ученые уверяют, что произошёл бы фатальный системный сбой. О чём это они? И как нам быть с генетическими ошибками сегодня? Исправлять или анализировать? Биолог Константин Попадьин рассказал об этом и многом другом в совместном проекте радиостанции «Вести ФМ» и портала «Полит.ру» «Наука 2.0».
Мы публикуем стенограмму передачи «Наука 2.0» – совместного проекта информационно-аналитического канала «Полит.ру» и радиостанции «Вести FM». Гость передачи – научный сотрудник Института проблем передачи информации РАН, кандидат биологических наук Константин Юрьевич Попадьин. Услышать нас можно каждую субботу после 23:00 на волне 97,6 FM.
Анатолий Кузичев: В эфире радиостанции «Вести FM» проект «Наука 2.0», совместный с Интернет-порталом «Полит.ру».
Дмитрий Ицкович: От «Полит.ру» — Борис Долгин и Дмитрий Ицкович, от «Вестей FM», как всегда, — Анатолий Кузичев.
А.К.: Наш собеседник сегодня — Константин Юрьевич Попадьин, научный сотрудник Института проблем передачи информации РАН, кандидат биологических наук.
Борис Долгин: Как название института соотносится с темой ваших работ?
Константин Попадьин: Название института очень широкое. Сюда входят и лингвистика и кодирование, декодирование и биоинформатика, и геномика — как хорошо передаются гены от мамы и папы.
Д.И.: И все это реально входит в компетенцию этого института? Все типы передачи информации?
К.П.: Да, в институте очень широко представлены разнообразные способы передачи информации.Д.И.: Немножко по Стругацким институт.
А.К.: Какой ты имеешь в виду, НИИЧАВО что ли?
Д.И.: Типа НИИВСЕГО.
Б.Д.: То есть вы занимаетесь проблемами передачи эволюционной информации?
К.П.: Да.
А.К.: У нас главный тег первой программы с участием Константина Попадьина – вредные мутации. Я правильно понимаю, что за миллионы лет эволюции накапливаются какие-то мутации, информация передается не всегда идеально правильно, так, как мы бы хотели?
К.П.: Да, совершенно верно. Вся наша информация закодирована в молекуле ДНК, при передаче ее от мамы и папы детям постоянно случаются ошибки, поломки этой молекулы. И эти ошибки, видимо, — неизбежная сущность того, что физика и химия этого процесса, процесса деления клеток, процесса репликации ДНК не может быть идеальной.
А.К.: То есть ошибки заложены внутри, а не снаружи?
К.П.: Отчасти эти ошибки возникают из-за того, что процесс копирования не может быть идеальным. А отчасти внешние факторы в виде разных мутагенов могут влиять и снаружи. Но и внутри процесс не идеален сам по себе.
Б.Д.: Какое-нибудь радиоактивное излучение может стимулировать дополнительные мутации.
Д.И.: А можно я скажу совершено ненаучную метафору? Если система живая, то она реагирует на свою жизнь ошибками. Если она искусственная, неживая, то она зависает, ей надо делать reboot. Для того чтобы было развитие, необходимы ошибки. Если же система исключает ошибки, то она в результате зависнет.
К.П.: Да, или перестанет развиваться.
Б.Д.: Это вторая сторона того, что отчасти в результате этих ошибок мы, собственно, и появились.
А.К.: Мы и есть вредные мутации?
Б.Д.: Результат большой совокупности вредных мутаций.
К.П.: Да, эти мутации, эти ошибки при репликации иногда бывают и полезными. Эти мутации, эти ошибки — необходимое сырье для эволюции. Иногда, очень редко они бывают полезными, и тогда эта мутация распространяется среди всего вида. Например, среди всего вида человека. И все становятся чуть-чуть лучше в каком-то отношении. Например, умеют переваривать молоко во взрослом состоянии.
А.К.: У меня нет фермента, который расщепляет лактозу. А у кого-то, говорят, есть.
К.П.: Да, но сейчас этот фермент, видимо, распространяется в популяциях человека. И способность переваривать молоко через много поколений может возникнуть у всех.
А.К.: А если бы не было вредных мутаций, и нас бы не было? А что было бы?
Д.И.: Система бы зависла, и кому-то пришлось бы сделать reboot.
К.П.: Происходит какая-то мутация случайным образом, а вредная она или полезная – это иногда не так просто понять.
Б.Д.: Опять же вопрос точки зрения. С точки зрения сохранения вида, в рамках которого происходит эта мутация, мутация может быть вредной, а с точки зрения появления нового вида это может быть полезная мутация.
К.П.: Да, такое может быть.
Д.И.: По-моему, «вредная» и «полезная» употребляется не в смысле бытовой аксиологии «хорошо» и «плохо», «ешьте дети молоко — будете здоровы», а в смысле эволюционной перспективы?
К.П.: Да, вредные и полезные – это определяется по приспособленности организма. Приспособленность — это, по понятиям Дарвина (и это правильные понятия), количество детей, доживших до половозрелости. Количество потомков, доживших до половозрелости.
Д.И.: То есть вы дарвинист?
К.П.: Основы эволюции открыл Дарвин, и все эти основы совершено верные, всё правильно. Просто сейчас эволюция развивается глубже и детальнее. Однако идеология вся идет от Дарвина. Так вот, и вредность мутации – это то, насколько данная мутация уменьшает количество детей, доживших до половозрелости. Ее можно измерять в процентах. Если, например, мутация убирает 1% от приспособленности или 50% или, в худшем случае, 100% — это летальная мутация, с такой не живут.
Д.И.: А бывает видовая летальная мутация?
К.П.: Нет, видовых не бывает, потому что мутация произошла у одного организма, у одного индивидуума, и если она очень вредная, то такой организм просто сразу погибает. Если мутация не очень вредная, она имеет шансы распространиться от одного организма к другому. Если есть половое размножение, то в результате рекомбинации она может распространиться ко второму, третьему, четвертому и так далее. И, например, за 100 поколений она может зафиксироваться во всей популяции.
Д.И.: Пример такой мутации?
К.П.: Например, если мы выращиваем бактерии в чашках Петри в микробиологической лаборатории и меняем им среду, то есть питательные вещества, то случайным образом у одной бактерии получается мутация, которая позволяет переваривать новый продукт и жить на нем. Мы просто делаем такой сильный искусственный отбор. Все остальные бактерии погибают, а потомки одного единственного мутировавшего клона выживают. И мы это видим в результате простого эксперимента, проведенного на чашке Петри.
А.К.: Смотрите, если верить теории эволюции Дарвина, то некому нажимать reboot?
К.П.: Да.
Д.И.: Потому что есть вредные мутации. Если верить эволюции Дарвина, то есть вредные мутации и не надо нажимать reboot.
К.П.: И вредность мутации, и польза мутации – вещи, не четко детерминированные. Иногда может меняться среда — и то, что было вредным, может стать полезным или наоборот. И есть огромный класс мутаций, влияние которых на приспособленность почти нулевая. То есть они чуть-чуть отрицательные, есть маленький минус или очень чуть-чуть положительные. Их называют эффективно нейтральными, потому что, видимо, отбор в виде того большого пальца, который нажимает reboot, или в виде Господа Бога, не может заметить такие маленькие мутации. И в итоге получается, что молекулярная эволюция, возможно, большей своей частью идет за счет этих почти что нулевых эффектов. Это называется «нейтральная теория молекулярной эволюции», она была высказана уже лет 40 назад, и это правильный способ думать о молекулярной эволюции. Есть удобная нулевая гипотеза молекулярной эволюции. Нулевая гипотеза того, как мы эволюционируем. Если мы берем, например, геномы человека и геномы шимпанзе и сравниваем их, то первое, о чем мы думаем, что, наверное, все изменения нейтральные. Потому что они в эволюции накопились за счет этих мутаций, которые влияют на приспособленность на 0 или 0,000001.
Б.Д.: То есть по умолчанию предполагаем, что нейтральная, а прочее надо доказать?
Д.И.: Не приносит никакой эффект в популяцию, не уменьшает ее?
К.П.: Совершенно верно, по умолчанию мы думаем, что все различия между геномом человека и геномом шимпанзе или любыми двумя сравниваемыми геномами – это нейтральные мутации. А далее, если мы видим, что динамика этих мутаций как-то отличается от нашего ожидания, тогда мы можем доказать, что некоторые мутации действительно вредные, а некоторые — положительные, полезные, или еще их называют дарвиновские. Но это отклонение от нейтральной гипотезы. А первый способ, правильный, видимо, способ — думать, что все различия — нейтральные, вызванные такими накопленными очень слабовредными или очень слабополезными мутациями.
Д.И.: То есть нейтральные различия, которые позволяют видам расходиться, но сохранять оба вида, так?
Б.Д.: Нейтральные различия, которые вообще ничего не делают.
К.П.: Нейтральные различия, виды расходятся, и они могут расходиться по накоплению серьезных различий и мутаций с большим эффектом. Но таких мутаций с большим эффектом просто очень мало, это очень редкие мутации. Допустим, у нас есть 100% мутаций, которыми мы отличаемся от шимпанзе. Там будет подавляющее большинство мутаций с очень маленьким эффектом. То есть эволюция ходит очень маленькими, незаметными шажками, и большие мутации с большим эффектом очень редки. Постепенно, шаг за шагом накапливаются очень маленькие изменения, которые могут быть абсолютно нейтральными, могут быть слабо полезными.
Д.И.: У меня такой вопрос. То, что вы рассказываете, вроде бы интересно, а что в этом интересного и что нового?
К.П.: Во-первых, с открытием геномов и с появлением наук сравнения, сравнительной геномики, изменился способ думать об эволюции зверей. Сейчас тяжело представить серьезный проект по изучению любого организма, не зная его геном, потому что там огромное количество информации. Раньше можно было и так смотреть: вот живет утконос в Австралии, у него такой-то образ жизни, и по его морфологии и анатомии можно много чего сказать. А мы теперь секвенируем его геном, получаем последовательность его генома и на более низком, на более детальном уровне видим более или менее то же самое, что мы видели раньше. Что — да, наверное, он родственник ехидне. Но теперь мы можем это количественно посчитать.
Д.И.: То есть мы видим то же, что видели раньше?
Б.Д.: Нет, мы тогда видели только внешние признаки, которые заставляли нас предположить, что они похожи. А теперь из совокупности того, что они внешне похожи, мы можем выделить тех, кто действительно является родственниками.
А.К.: Какой-то у нас получился спор про ехидн.
Б.Д.: Да, мы остановились на том, как соотносятся внешние сходства и сходства в поведении со сходством в геноме.
Д.И.: Нет, нет, не об этом. Это все сложно, а я хочу понять простую вещь, как человек, который сюда пришел что-то понять. Раньше мы знали, что есть ехидна или утконос, что они родственники, потому что у них были сходные внешние признаки, которые мы обнаруживали простым наблюдением. Теперь у нас появилось что-то вроде микроскопа, чтобы подтвердить эти наблюдения на уровне генома.
Б.Д.: Или опровергнуть.
Д.И.: Да, а что-то принципиально новое появилось? Мы что-то новое узнаем? Какие факты стали для нас неожиданными? Вот раньше мы знали, что ехидна и утконос родственники. Оказалось, что нет, ехидна и утконос не родственники.
А.К.: Нет, оказалось, что родственники, сказали мы, расшифровав геном.
Д.И.: Ну да. И что? Зачем нам нужно это?
К.П.: Когда мы смотрим и сравниваем двух зверей по внешнему облику, мы можем видеть оптимальный результат эволюции: в результате эволюции у нас всегда увеличивается приспособляемость, то есть связь между организмом и средой должна быть оптимальной. И если мы видим, что все млекопитающие, которые живут в море, имеют форму тела, похожую на рыбу, мы можем подумать, что рыбы и млекопитающие – это одно и то же. Они родственники, они же живут в воде, они имеют плавники, и у них веретенообразная форма тела. Так что в принципе по схожести внешнего вида нельзя судить о родстве.
Д.И.: Веретенообразная?
К.П.: Да, веретено. Каплеобразная, чтобы меньше было трение с водой. Получается, что по внешнему виду нельзя судить о родстве. Киты не родственники рыбам. И дельфины тоже.
Д.И.: Но мы и раньше знали, что киты и дельфины млекопитающие.
К.П.: Хорошо, я просто привожу всем известный пример. Мы это знали до геномной эры по скелетам, по физиологии, по анатомии этих животных. Иногда таких данных просто-напросто не существует. И мы смотрим на два организма и думаем: да, они родственники, они очень похожи по форме тела, по поведению, еще по чему-то, а может быть, это два независимых неродственных вида, которые просто приспособились к жизни в одной и той же экологической нише. Они стали одинаковыми просто потому, что живут в одной и той же среде. И в этом случае думать о родстве нам можно, но это такой тест: действительно они родственники или нет.
И когда мы сравниваем геномы, мы видим огромное количество информации и самое ценное, что нам надо — информация, не которая связана, например, с крыльями, плавниками, не функциональные области гена, а эти нейтральные нефункциональные области гена. Потому что если у нас, продолжая тему, утконос и ехидна будут похожи по каким-то неважным, нефункциональным, нейтральным участкам генома – это будет свидетельствовать, что они произошли от одного предка. Они с собой несут молекулярную, геномную подпись того, что они произошли от одного и того же предка. Потому что абсолютно ненужные признаки в геноме у них одинаковые. Хорошая аналогия: как учитель понимает, что в классе один списал у другого сочинение или диктант? Если они сдали идентичные сочинения, невозможно понять, кто у кого списывал, а если есть какие-то ошибки, и эти ошибки одинаковы у всего класса, то понятно, что кто-то у кого-то списал. Так вот — наличие одинаковых ошибок и есть факт, подтверждающий родственность. И здесь получается наличие таких неоптимальных эволюционных вещей, неоптимальных, нейтральных, ненужных этих ошибок в сочинениях. Если они одинаковые у разных геномов, значит, это родственники. Эта информация очень ценная, и чем более редкие ошибки в геномах, тем детальнее можно рассматривать какие-то глубокие эволюционные процессы.
А.К.: Я бы на вашем месте ответил на Димин вопрос, что смысл в геномной расшифровке. Мы и раньше знали, что ехидна и утконос родственники, но теперь из этой расшифровки мы знаем еще и их дальних родственников, которых мы никогда не увидим и чьих признаков мы никогда не сможем разглядеть и оценить.
Б.Д.: А другой вопрос еще, что таким образом мы подтвердим родство с теми, кто совершенно не похож друг на друга.
К.П.: Совершенно верно.
Б.Д.: И, более того, с теми, кого мы знали, кого мы можем видеть, но никогда не догадаемся, что он родственник.
Д.И.: Тогда у меня еще два вопроса. Первый. Назовите каких-нибудь самых удивительных родственников, которых мы обнаружили за счет геномных расшифровок последнего времени. Тех, о ком мы не знали, что они родственники. А другой вопрос совсем уж инфантильный: а есть ли такие участки генома, которые означают плавник? То есть у дельфина есть плавничок, и у рыбки есть плавничок, и есть ли функциональные участки генома, имеющие по этим плавникам сходства у разных видов? Можно ли такой конструктор сделать?
К.П.: Конечно, есть, давайте я начну со второго вопроса отвечать. То есть вы спрашиваете про функционально важные участки генома?
Б.Д.: Которые появились в результате приспособления к похожей среде. Насколько похожи они с точки зрения генома? Внешне они похожи, а на геномном уровне?
К.П.: Это интересный вопрос. Часто бывает так, что у нас какая-то функция молекулярно-биохимическая, например, какой-нибудь фермент, который делает свою работу, похож у родственников не потому, что он идеально сконструирован, а просто потому, что он был у предков всех родственников. И далее наличие такого же белка у всех приматов, например, говорит о том, что они унаследовали его от общего предка всех приматов. А иногда бывает так называемая конвергентная эволюция, когда у нас в двух совершенно независимых линиях млекопитающих появляется свойство переваривать, например, целлюлозу.
И в таком случае можно смотреть на параллельное появление в молекулярной эволюции функциональных признаков, например, новых белков или изменения этих белков в одну и ту же сторону при изменении образа жизни. Такие примеры бывают. Они редкие, они не всегда хорошо задокументированы. Но можно в геноме поймать те гены, те функциональные участки, которые кодируют какие-нибудь биохимические особенности разных организмов. Допустим, в случае млекопитающих можно говорить про уровни метаболизма. Уровень метаболизма кодируется какой-то сотней генов, и набор этих генов, их свойства, их аминокислотные последовательности связаны с тем, насколько активно происходит метаболизм.
Д.И.: Значит, можно добавить несколько генов и будешь худеть — метаболизм поменяется.
А.К.: А куда их добавить?
Д.И.: В пищу.
К.П.: Нет, у человека пока такое не делают.
Д.И.: Но, судя по тому, что вы говорите, теоретически это возможно?
К.П.: Теоретически возможно всё.
Д.И.: То есть мы можем поменять конституцию человека, поскольку она связана с метаболизмом.
К.П.: Да, и если продолжать эту тему, то недавно была сконструирована полностью искусственная бактерия. То есть был геном бактерии, который сделали в химической лаборатории, и в качестве натурального вида взяли бактерию микоплазму, у нее порядка 400 генов в дикой популяции.
Д.И.: В дикой популяции?
К.П.: В диком виде. У микоплазмы есть в геноме 400 генов. Это очень маленький компактный геном, и именно с него имело смысл начинать пробовать делать такие смелые технологические изменения. Именно с нее сделали геном полностью в пробирках. Получили его в химической лаборатории, кусочек за кусочком собрали всю последовательность — и дальше посадили это в клеточную оболочку от бактерии. А дальше этот организм ожил, и через несколько поколений этот полностью искусственный организм, полностью искусственный вид, обновил свою оболочку, белки, и это стала абсолютно новая бактерия.
Более того, из 400 генов, которые были в дикой форме, ученые не до конца поняли, зачем надо так много, и сделали минимум — порядка 300, то есть они оптимизировали. В принципе, есть возможность оптимизации. В результате того, что эволюция идет очень медленными шажками, она далеко не оптимальна. А если мы понимаем все…
Д.И.: Это сильное выражение: если мы понимаем всё!
К.П.: Да, но мы этого не понимаем. Если бы мы понимали всё, мы могли бы оптимизировать такие искусственные конструкты. И когда эту бактерию завели, исследователи в геноме сделали электронные подписи своих е-мейлов и своих адресов, чтобы, не дай Бог, не перепутать эту бактерию с диким аналогом, который живет в природе.
Д.И.: Чтобы было к кому обращаться. И какова судьба этой прекрасной бактерии?
К.П.: Она живет себе в лаборатории.
Д.И.: Я себе представляю — худая, красивая, очень хорошо сконструированная, идеальная.
К.П.: В нее еще вставили белок, который подкрашивает ее синим цветом, чтобы можно было легко отличать. Теперь они такие красивые, голубого цвета бактерии с е-мейлами всех авторов этого проекта.
А.К.: Фантастика!
Д.И.: Много уже этих проектов?
Б.Д.: Замечательно. Как время от времени в програмный код в шутку вставляли какие-то сообщения от программистов.
К.П.: Вид бактерии один, их штук огромное количество, потому что бактерии делятся очень быстро. Но это результат 15 лет работы.
Д.И.: А вдруг она мутирует и захватит всю планету? С е-мейлами, голубого цвета?
К.П.: Она может мутировать и захватить всю планету с той же вероятностью, что и любая другая бактерия. То есть она принципиально ничем не отличается.
Д.И.: Она же оптимальная, она такая поджарая, такой Шварценеггер своего рода, бактериологический культурист.
Б.Д.: Она оптимальная, видимо, все-таки не по признакам приспособленности?
К.П.: Да, приспособленность ее с диким типом пока что не сравнивали, я таких работ не видел.
Б.Д.: Можно ли ожидать попыток сконструировать в лаборатории геном и других существ, более сложных?
А.К.: Мышей, скажем?
К.П.: Ожидать можно, но, видимо, пока что это почти нереально.
А.К.: Вот вы говорите, 400 генов у этой бактерии. А у мыши сколько? Я пытаюсь понять, сколько мы мышь будем конструировать.
К.П.: Больше 10 тысяч.
А.К.: А у нас?
К.П.: Мы от мыши сильно не отличаемся. Мы такие же, как мышь, в плане сложности генома.
Д.И.: А ты что думал, отличаешься?
А.К.: Я надеялся, что да.
Б.Д.: А почему вы сказали, что теоретически «да», а вот?…
К.П.: Конструирование искусственной микоплазмы заняло 15 лет работы очень мощных лабораторий, порядка 40 млн. долларов был бюджет. То есть это было долго, это было сложно. Конечно, технологии развиваются, и, возможно, скоро попробуют делать более сложные организмы. Но это все пока что прокариоты, то есть бактерии. Наверное, можно сконструировать бактерии, которые обладают хорошим набором свойств для промышленности. Но это и сейчас уже делается другими методами. Не надо в биохимической лаборатории делать новый геном, когда можно изменить старый. Здесь получается, что многие задачи решаются традиционными молекулярными способами, и эта попытка получить искусственную жизнь, она красива просто в своей идее, но реализация ее достаточна на простом примере, на примере этой микоплазмы. Надо сильно подумать, прежде чем решить, что да, нам нужна еще одна такая бактерия.
Д.И.: А может случиться так, что это станет очень дешево?
К.П.: Даже если это станет очень дешево, вопрос — для чего нам это всё?
А.К.: Что значит «для чего нам это всё»? Если мы можем сделать некий организм, мы же предполагаем, что мы научимся когда-то делать сложные, не из 400 генов, а из 10 тыс. организмы с заданными возможностями, свойствами и всем прочим. Совершенно понятно, для чего это все можно и нужно делать.
К.П.: Лично мое ощущение, что если мы, например, хотим лечить человека и дойти до этого уровня, то понять все о таком большом и сложном геноме, о многомерном геноме, будет нереально. Намного проще и правильнее менять то, что мы нашли плохое: какую-то плохую мутацию. Мы ее можем попытаться поменять, заменить.
Б.Д.: Заниматься таким точечным лечением, а не пытаться переформировать все.
К.П.: Да, заниматься точечным лечением, и это, видимо, рациональный путь развития, по которому движется наука.
Б.Д.: А не опасно ли это? Не получается ли так, что если мы не понимаем все, и беремся менять что-то точечно, то мы можем не понять, как это точечное соотносится с чем-то другим? Не получим ли мы случайно наряду с тем эффектом, которого мы хотели добиться, еще что-нибудь?
А.К.: От чего мы хотели избавиться?
К.П.: Наверное, таких проблем еще больше встанет, если мы захотим заново сконструировать геном человека. Это будет просто нерешаемая задача. Я думаю, что здесь необходимо будет проводить полный набор экспериментов, как в любых клинических исследованиях. Когда новые лекарства поступают на рынок, их до этого десяток лет исследуют.
А.К.: Я все ждал, когда же мы на вопрос этики наткнемся. Он же очень важный, чуть ли не первоочередной, как мне представляется, для вас. Он у вас вообще есть?
Б.Д.: Да, бактерия не представит нам претензий, что мы создали новую бактерию.
А.К.: А мышь посмотрит большими грустными глазами на тебя, и ты думаешь: а имел ли я право?
Если серьезно, Константин, вы об этом думаете?
К.П.: Конечно.
А.К.: Вы сказали, что эта идея искусственной жизни красивая, а для большинства наших слушателей это идея жуткая.
Б.Д.: Для большинства — вряд ли.
К.П.: Хороший пример. Недавно была опубликована статья в журнале «Nature». В Лондоне ученые сделали именно на человеке достаточно простой эксперимент. У многих женщин есть некие вредные мутации в митохондриальном геноме, в маленькой органелле, которая наследуется только через яйцеклетку.
Д.И.: Ничего не понятно.
К.П.: Идеология такая, что иногда можно пробовать делать похожие эксперименты уже и на человеке.
Д.И.: А что с женщинами-то случилось?
К.П.: У человека нельзя вмешиваться в большое и сложное ядро, которое несет генетическую информацию.
Б.Д.: Ядро клетки.
К.П.: Да, а помимо ядра есть информация, которая переносится в маленьких органеллах под названием митохондрии. Там есть свои собственные маленькие геномы, которые кодируют очень мало информации. Но иногда в этом маленьком кусочке информации сидят вредные мутации, которые, например, могут определять, что какие-то нейрогенеративные процессы начинаются очень рано. Что-то типа болезни Паркинсона, Альцгеймера или мышечной деградации. И это начинает наступать не в 70-80 лет, что нормально для процесса старения, а гораздо раньше.
Д.И.: Это женская специфическая мутация?
К.П.: Почему важны женщины? Потому что этот митохондриальный геном передается только через цитоплазму клетки. Органеллы наследуются только через материнскую линию. Просто потому, что в сперматозоиде нет цитоплазмы, а в яйцеклетке ее много. Поэтому, когда у нас образуется из яйцеклетки и сперматозоида новая жизнь, получается, что вся цитоплазма и плавающие внутри этой цитоплазмы митохондрии и митохондриальные геномы со своими вредными мутациями, если таковые имеются, попадают к ребенку. Получается, что митохондрии унаследованы от женщин.
А.К.: Видишь как! Все вредное, что в нас есть – от женщин. Это я нашим слушателям говорю: когда они будут ссориться в следующий раз, пусть знают что сказать.
К.П.: Так вот, суть эксперимента: была изучена женщина, у которой было доказано наличие таких вредных мутаций в митохондриальном геноме, и эта женщина не могла родить здорового ребенка. Суть эксперимента была очень простой. Она была технически очень сложная, но в идее своей очень простой. Все митохондрии, все митохондриальные геномы были взяты у донорской яйцеклетки, у здоровой женщины.
А.К.: И все они были здоровые и хорошие.
К.П.: Да, митохондрии были здоровые и хорошие, а ядро с 99% генетической информации было взято от женщины, которая хотела родить ребенка. В результате у авторов этой статьи все это получилось, но на стадии гаструляции, на каком-то этапе развития эмбриона (там несколько эмбрионов сразу делали, чтобы что-то получилось), этот эксперимент надо было заморозить именно из-за этических проблем. Британский этический комитет запретил эти исследования. Я знаю, что главный автор этих работ сейчас разбирается с этим этическим комитетом Британии и пытается пробить эту тему, пытается, чтобы разрешили подобного рода медицинские вмешательства.
Эти медицинские вмешательства, наверное, самые простые, самые легкие. Потому что можно поменять митохондрии. Более того, я не читал этого в журналах «Nature», где была опубликована эта статья, но волей-неволей похожее уже делается у человека. Есть ЭКО — экстракорпоральное оплодотворение, достаточно широко распространенное. В этом году даже дали Нобелевскую премию его первооткрывателю.
Д.И.: Суррогатная мать.
К.П.: Не обязательно. Экстракорпоральное оплодотворение – это когда сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку в пробирке.
А.К.: Не в организме.
К.П.: Дальше можно подсадить к родной маме, не обязательно к другой матери. А понятие «суррогатная мать» – это когда мы еще и вынашивать эмбрион поручаем другой женщине. Так вот, во время экстракорпорального оплодотворения иногда происходят некие маленькие вмешательства. Известен факт, опубликованный много раз в медицинских журналах, что если почему-то не получается добиться здоровых эмбриончиков от какой-то женщины, тогда такая нормальная медицинская практика: возьмем немножко цитоплазмы от какой-то здоровой донорской яйцеклетки и добавим эту цитоплазму в яйцеклетку женщины, которая никак не может забеременеть. И вместе с этой цитоплазмой, конечно, мы переносим все те же митохондрии, все те же митохондриальные геномы. Медицина часто развивается таким методом проб и ошибок, и в этом случае мы переносим не 100% митохондрий, а добавляем, допустим, 10% митохондриальных геномов от чужой здоровой яйцеклетки. Такое происходит уже десяток лет точно.
Б.Д.: То есть качественно это довольно родственные вещи?
К.П.: Качественно это то, что уже происходит. Но когда мы 10% митохондрий заменяем на 100%, когда мы меняем полностью митохондриальные геномы – это уже возбудило Этический комитет, работы приостановлены.
Б.Д.: Но можно надеяться, что рано или поздно этот Этический комитет сдастся.
А.К.: Наоборот, можно надеяться, что он никогда не сдастся.
Б.Д.: Ну и люди будут болеть.
А.К.: Конечно, так положено. Будут жить своей жизнью, понимаешь, а не пластмассовой жизнью. Этот стол, например, никогда не болеет.
Б.Д.: Ну почему, легко завести червячка.
К.П.: Дилемма здесь всем понятна: если мы запускаем такую методику и отрабатываем ее, а Этический комитет разрешает такую методику, то достаточно большое количество женщин с такими мутациями могут заводить детей и счастливо жить. Еще есть эволюционная точка зрения. Она говорит о том, что этого не надо делать, потому что мы ухудшаем общий генофонд человечества, в широком смысле геном.
Б.Д.: Чем же мы его ухудшаем?
А.К.: Тем, что вмешиваемся в естественный отбор.
Б.Д.: Секундочку, если мы исправляем геном, который передастся, то потом у дочки этой женщины митохондрии уже будут другими?
А.К.: Да, ее митохондрии должны быть уже здоровыми.
Б.Д.: Значит, мы ничего не ухудшаем, ведь правда?
К.П.: Не до конца. Скорее всего, когда мы убираем эффект естественного отбора, мы позволяем людям, которые раньше не смогли бы оставить потомство, оставить это потомство. Видимо, в общем качество генома в результате этих событий будет ухудшаться, приспособленность должна ухудшаться. И если делать подобный эксперимент на мухах дрозофилах, то считается, что в результате случайного скрещивания мух дрозофил, когда нет отбора, нет конкуренции между мухами и нет отбора, за одно случайное скрещивание, за поколение падает приспособленность на 2%. Это очень сильно. Соответственно, если мы думаем, что популяция человека уже живет несколько поколений при сильной медицине, допустим, два поколения, то 4% мы должны уже вычесть по сравнению с 60 годами тому назад.
Б.Д.: Но ведь продолжение исследований в этой сфере, наоборот, должно исправить ситуацию? Потому что мы здесь исправляем, увеличиваем приспособленность. Вместо того, чтобы женщина рожала больных детей, которые к тому же потом еще заведут своих потомков, мы делаем этих детей здоровыми и их потомков здоровыми?
К.П.: В идеале вы правы, если геномное внедрение, геномная модификация совершенно разумна и правильна. Именно процесс естественного отбора отсекает неприспособленные геномы, и успехи медицины, когда понятие «неприспособленный геном» расширяется, и скоро вообще исчезнет в случае человека. Таким образом, автоматически мы убираем действие естественного отбора и увеличиваем вклад вредных мутаций, которые аккумулируются, аккумулируются…
Д.И.: Тогда придется сделать reboot.
А.К.: В конце программы звучит тревожная музыка. Мы прерываемся на неделю, и ровно через неделю вновь встретимся с Борисом Долгиным, Дмитрием Ицковичем, Анатолием Кузичевым и Константином Попадьиным, научным сотрудником Института проблем передачи информации РАН, кандидатом биологических наук. До встречи.
Беседу с Борисом Салтыковым слушайте в аудиофайлах
Почему люди танцуют? Почему ученые ратуют за возврат к забытому способу земледелия? За что Ленин хвалил идеолога капитализма Джона Кейнса? Об этом пишут научно-популярные журналы октября.
«В мире науки»
Почему мы все обладаем врожденной способностью к танцу? Почему, услышав ритм, начинаем неосознанно постукивать ногой или покачиваться из стороны в сторону? Ведь в этом нет никакой очевидной ценности для эволюции. Тем более что ни у кого из наших братьев меньших такой способности не наблюдается.
Американские ученые исследовали, что во время танца происходит в мозге человека. Оказалось, что «танцуют» многие его зоны, а дирижером является одна из частей мозжечка. Более того, в танце резко активизируется область правого полушария, которая является двойником зоны Брока в левом полушарии, ответственной за произнесение речи. То есть движение было формой языка задолго до того, как наши предки заговорили вслух.
Кроме того, изучая обычаи многих народов, ученые обратили внимание, что люди во время танца одевают на себя предметы, производящие шум: колотушки, кастаньеты, четки и т.д. То есть танец — одно из самых первых средств общения древних людей. Это и звук, и изображение, и подражание. То есть танец был самой ранней формой языка.
Наконец, ученые установили, что для обучения сложному танцу надо обязательно мысленно воспроизводить все движения. Чем правильней образ, тем легче освоить новый танец.
Другая центральная тема номера посвящена экологически безопасной форме земледелия. Когда человек начал им заниматься, он применял два способа обработки земли — пахотный и беспахотный. Изобретение плуга решило дело в пользу первого. Он завоевал мир, так как был проще, а главное — производительнее. Но вспашка оказалась настоящим бедствием для почв, которые стали подвергаться эрозии. Из оборота стали выводиться огромные площади потерявшей плодородие земли. И тогда ученые вспомнили о втором методе, который, казалось бы, уже безнадежно забыт — беспахотном земледелии. Сегодня уже семь процентов мировых угодий обрабатывается таким способом. Лидируют здесь США, далее следуют Бразилия, Аргентина, Канада, Австралия.
«Наука и жизнь»
Человек — ошибка эволюции! Это доказывают английские ученые. Представьте, говорят они, что вы решили создать сложное устройство. Неужели вы допустили бы, чтобы одни важные детали легко терялись, другие неизвестно зачем повторялись несколько раз, третьи переворачивались задом наперед и т.д. Но именно так устроен геном человека.
И при делении клеток, и при производстве сперматозоидов и яйцеклеток, а также после оплодотворения иногда теряются и переворачиваются или меняют место целые куски хромосом с важными генами, что может приводить к уродствам и болезням. Да и сами хромосомы ведут себя не лучше. При каждом делении клетки их концы (знаменитые теломеры) теряются, что становится одной из причин старения и смерти. То ли дело бактерии: их хромосомы, как правило, кольцевые, без начала и конца. Там нечему теряться, поэтому бактерии практически бессмертны. Достигнув определенного возраста, они делятся надвое — и никаких трупов.
Дальше — больше. У человека каждая хромосома имеет двойника, но за одним исключением. У мужчин одна из пар, так называемая половая хромосома, неравная: X-хромосома большая, а Y хромосома маленькая. И если гены всех других хромосом на всякий случай дублируются, то многие гены Y-хромосомы запаса не имеют. В случае мутации остаются неисправными. Поэтому даже появились предположения, что мужчины со временем вымрут.
Не лучше обстоит дело и с энергетической станцией клетки — митохондрией. В ней образуется масса вредных отходов, так называемых свободных радикалов, которые разрушают все вокруг. Считается, что именно повреждения в митохондриях — основная причина многих болезней.
И наконец, самое ценное наше достояние — гены. Очевидно, что при делении клеток их копирование должно быть предельно точным. Так нет же. Из 14 ферментов, которые ведают копированием, лишь 4 работают точно — с одной ошибкой на миллион «букв», нуклеотидов, из которых состоит цепочка ДНК. Остальные десять делают одну ошибку на 100 букв. К сожалению, эти ошибки-мутации необходимы, иначе не шла бы эволюция и естественному отбору не было бы из чего отбирать. И все же, согласитесь, обидно…
«Что нового в науке и технике»
Черная икра на белом шоколаде, джем из помидоров, мороженое «Яичница с беконом». Кто-то скажет — чепуха или с жиру бесятся. На самом деле такие блюда создает серьезная наука — молекулярная кулинария, родоначальником которой считается французский химик Эрве Тис, руководитель лаборатории в Сорбонн ском университете. Здесь изучают продукты на уровне молекул, определяют температуру приготовления с точностью до десятой доли градуса, а порции — до грамма.
Икру с шоколадом придумал англичанин Хестон Блюменталь. Изыск сразу же оценили эстеты и специалисты. По их мнению, секрет успеха в том, что эти два продукта удивительно дополняют друг друга. А автор подчеркивает, что ингредиенты схожи на молекулярном уровне: икра и шоколад имеют высокий уровень аминов — белков, которые уже прошли состояние аминокислот, но не превратились в аммиак.
Молекулярные повара открыли немало секретов. Скажем, предлагают готовить мясо при температуре не выше 75 С, тогда как традиционная кухня советует сильно его обжаривать, чтобы сохранился сок. Правда, приготовление увеличивается до нескольких часов, но утверждают, что результат того стоит.
Словно предвидя нынешний финансовый кризис, журнал публикует статью об отце нового капитализма знаменитом Джоне Кейнсе. Кстати, он удостоился похвалы пламенного революционера Владимира Ленина: «Этот заведомый буржуа, беспощадный противник большевизма, пришел к выводам, которые сильнее, чем любой вывод коммуниста. Кейнс бросил в лицо правительству: вы делаете безумие, ведь Европа и весь мир с Версальским миром идут к банкротству».
Если рассматривать деятельность человеческой цивилизации в рамках общей динамики биосферы, то человечество можно смело назвать болезнью, «раковой опухолью» живой природы. Но ещё неясно, почему так произошло и как оценивать это явление. Легче всего назвать человека ошибкой природы. Но в таком утверждении, при всей краткости, содержится сразу две серьёзные ошибки. Природа не является чем-то единым и тем более разумным и целесообразно действующим. Кроме того, живая природа и неживое вещество не находятся в единстве. «Биосфера» нераздезделима с литосферой, атмосферой и т.д. Само слово «биосфера», каким бы удобным оно не представлялось, выражает условное понятие, а не какую-то реальную совокупность. Всё живое взаимосвязано, но не составляет цельной системы. Так же не является единым процессом эволюция. Есть общий поток и не более того. В рамках этого потока и вознкли разумные приматы. Человек? Что такое человек, ещё никто не определил. Можно включать неандертальца в рамки человечества, можно не включать. Единого человечества не было до 20 века. А процесс объединения начался с Европейской экспансии 16 века. Под современным человечеством следует понимать людей, объединённых цивилизацией, то есть цивилизацию по преимуществу, а не индивидов. Значит, человек не может быть ошибкой природы, потому что человек — абстракция. Следует искать иной ответ.
Зачастую рассуждают без особого напряжения мысли: раз человек не ошибка природы, а часть природы, значит его появление и его деятельность закономерны. А раз всё что делает человек неизбежно — то не всё ли равно, что он делает. Уничтожит природу — значит так тому и быть, природа сама виновата, что человека породила. Но здесь теже две ошибки: природа не есть нечто цельное и нет единого человечества. Как человек не является ошибкой природы, так не является и «частью» природы. В чем тут тонкость? В том, что не сам человек разрушает природу, а применяемая им техника, создаваемые им сооружения, производимые выбросы и отходы. Даже массовое истребление животных (бизонов, к примеру) было бы невозможно без огнестрельного оружия. Человек — организм, биологическое существо. Но в то же время это существо, обладающее культурой и использующее технику. Потому «человек» и стал опасен для природы, что он от неё отделился. Источником проблем является поведение человека, на которое влияет его мышление. Причем не единичного человека, а групп людей. Не в человеке проблема, а в деятельности человеческих сообществ, превратившихся в государства и в итоге слившихся в единую цивилизацию. Почему же мы вместо противопоставления цивилизации природе противопоставляем ей человека?
Мало того, что человек уничтожает природу не благодаря биологическим качествам, он сам как организм является угнетаемым и подавляемым. Распространение цивилизации сопровождалось не только истреблением многих видов животных, но ещё и истреблением людей. Люди различны, и далеко не все участвовали в развитии и распространении цивилизации. Не человек — ошибка природы (или эволюции), а цивилизация — ошибка человека. Изучая историю, мы видим, что современная цивилизация — не единственная форма существования людей, и вовсе не неизбежная. Да, её появление можно считать закономерным, но при этом никто и нигда и не ставил вопрос, а нужно ли поддерживать и развивать такую форму человеческих коллективов, такой образ жизни? Если же кто-то такие вопросы задавал, его голос оставался неуслышанным.
В той катастрофической ситуации, в какой оказалось недавно образовавшееся единое человечество, виновата не предопределенность, а сами люди, не заметившие, куда они движутся и чем это может грозить. Да, «человек» ошибся несознательно и ненамеренно. Но ошибся, и это нужно признать. Не потому ли говорят либо об ошибке природы, либо о неизбежности, что не хочется признавать собственную ошибку? Двигаясь по тому же пути, мы усугубляем проблему. Боюсь, что человечество прошло точку невозврата, и теперь цивилизация идет по собственном у пути, в котором люди не заинтересованы. На мой взгляд, признать свою ошибку значит в то же время отказаться от всечеловеческой общности. Если мы не хотим исчезнуть вместе с цивилизацией, то должны осознать свою первичность, независимость и обратиться к естественным способам существования. Человек — не враг природе, и она ему не враг.
ДУМАЮ, ДА…С точки зрения Дарвина мы, люди, стоим на высшей ступеньке эволюционного развития живых организмов. Но давайте не будем забывать, что Дарвин сам был человеком, великим и скорее всего гениальным ученым, но все-таки человеком. А что такое человек с точки зрения природы. Не природы в смысле цветочков, букашек и зверушек, а природы в смысле создательницы всего живого и неживого тоже. Кто мы для нее любимчики, баловни судьбы или назойливые выскочки, вечно путающиеся под ногами, или что там у нее. Сможет ли Человек объективно оценить себя и свою жизнедеятельность. Изначально задумывалось, что все на свете будет сосуществовать в гармонии. Растения дают не только кислород и пищу, но и жилье для множества насекомых, птиц и животных. Насекомые, питаясь растительной пищей и принимая некоторое участие в процессе размножения самих растений, служат едой для птиц и животных. Птицы, поедая растения и насекомых, тем самым защищая первых от вторых, зачастую сами становятся кормом для животных. Животные приспособились употреблять в пищу и сами растения и насекомых и, если повезет, пернатых. Ну и на самом верху этой цепочки — ЧЕЛОВЕК. Человек для своего существования приспособил ВСЕ. И растения, которые он применяет в пище, в одежде, в жилье. И насекомых, некоторых из которых он умудряется съесть, а с помощью других изящно одеться. Самое широкое применение, человек, нашел животным. От братьев наших меньших мы получаем, практически все. Мы с удовольствием едим мясо животных и пьем их молоко. Щеголяем в шкурках и мехах. В наших домах и дорогих машинах диваны обтянуты кожей. А что ПРИРОДА получает от ЧЕЛОВЕКА взамен всех своих благ? Ни о какой благодарности не может быть и речи. Мы уничтожаем все вокруг себя, ничего не созидая и не давая взамен. Все, что мы производим, необходимо НАМ и абсолютно бесполезно, если не смертельно опасно, ИМ. Мы захватываем все новые и новые территории, вытесняя и уничтожая представителей флоры и фауны. Отходы от нашей жизнедеятельности засоряют огромные пространства земли. Вода и воздух нашей планеты, становятся опасными не только для природы, но и для нас самих. Мы единственные живые существа на Земле, которые своей жизнью медленно убиваем сами себя, не говоря уже об окружающих. И все это происходит потому, что много миллионов лет назад, представитель семейства приматов взял в лапу палку и сбил с дерева банан? Значит, если б не было тогда той палки, то и не было б сейчас космических кораблей? И что помогло человеку пройти путь от палки до космического корабля. Как мне кажется, кроме любознательности, основным движущим фактором научно-технического прогресса, является простая человеческая лень. Именно лень человеческого тела подталкивает мозг к изобретению приспособлений облегчающих жизнь самого тела. Нам надоело карабкаться по деревьям и скалам, и мы придумали лестницы. Потом нам надоело подниматься по лестницам, и мы изобрели эскалатор и лифт. Перемещаясь из одного, загаженного нами места в другое, девственно чистое и прекрасное, мы весь свой скарб тащили на себе. Но таскать на себе пожитки тяжело и малоприятно, поэтому со временем мы смастерили волокуши и носилки. Затем к носилкам приспособили колеса и впрягли в них животных. Так продолжалось до тех пор, пока кто-то не изобрел двигатель. И именно с изобретением двигателя внутреннего сгорания закончилась эра, более-менее, гармоничного сосуществования человека и природы. Мы раскапываем недра в поисках топлива для двигателей, а взамен отдавая едко-ядовитый дым из выхлопных труб, который в недалеком будущем отравит все вокруг, в том числе и нас. Так может ли считаться существо уничтожающее себя и все вокруг себя венцом эволюции?
С сайта http://www.inpearls.ru/
Человек — это верх эволюции или величайшая ошибка природы? С точки зрения Дарвина мы, люди, стоим на высшей ступеньке эволюционного развития живых организмов. Но давайте не будем забывать, что Дарвин сам был человеком, великим и скорее всего гениальным ученым, но все-таки человеком. А что такое человек с точки зрения природы. Не природы в смысле цветочков, букашек и зверушек, а природы в смысле создательницы всего живого и неживого тоже. Кто мы для нее любимчики, баловни судьбы или назойливые выскочки, вечно путающиеся под ногами, или что там у нее. Сможет ли Человек объективно оценить себя и свою жизнедеятельность. Изначально задумывалось, что все на свете будет сосуществовать в гармонии. Растения дают не только кислород и пищу, но и жилье для множества насекомых, птиц и животных. Насекомые, питаясь растительной пищей и принимая некоторое участие в процессе размножения самих растений, служат едой для птиц и животных. Птицы, поедая растения и насекомых, тем самым защищая первых от вторых, зачастую сами становятся кормом для животных. Животные приспособились употреблять в пищу и сами растения и насекомых и, если повезет, пернатых. Ну и на самом верху этой цепочки — ЧЕЛОВЕК. Человек для своего существования приспособил ВСЕ. И растения, которые он применяет в пище, в одежде, в жилье. И насекомых, некоторых из которых он умудряется съесть, а с помощью других изящно одеться. Самое широкое применение, человек, нашел животным. От братьев наших меньших мы получаем, практически все. Мы с удовольствием едим мясо животных и пьем их молоко. Щеголяем в шкурках и мехах. В наших домах и дорогих машинах диваны обтянуты кожей. А что ПРИРОДА получает от ЧЕЛОВЕКА взамен всех своих благ? Ни о какой благодарности не может быть и речи. Мы уничтожаем все вокруг себя, ничего не созидая и не давая взамен. Все, что мы производим, необходимо НАМ и абсолютно бесполезно, если не смертельно опасно, ИМ. Мы захватываем все новые и новые территории, вытесняя и уничтожая представителей флоры и фауны. Отходы от нашей жизнедеятельности засоряют огромные пространства земли. Вода и воздух нашей планеты, становятся опасными не только для природы, но и для нас самих. Мы единственные живые существа на Земле, которые своей жизнью медленно убиваем сами себя, не говоря уже об окружающих. И все это происходит потому, что много миллионов лет назад, представитель семейства приматов взял в лапу палку и сбил с дерева банан? Значит, если б не было тогда той палки, то и не было б сейчас космических кораблей? И что помогло человеку пройти путь от палки до космического корабля. Как мне кажется, кроме любознательности, основным движущим фактором научно-технического прогресса, является простая человеческая лень. Именно лень человеческого тела подталкивает мозг к изобретению приспособлений облегчающих жизнь самого тела. Нам надоело карабкаться по деревьям и скалам, и мы придумали лестницы. Потом нам надоело подниматься по лестницам, и мы изобрели эскалатор и лифт. Перемещаясь из одного, загаженного нами места в другое, девственно чистое и прекрасное, мы весь свой скарб тащили на себе. Но таскать на себе пожитки тяжело и малоприятно, поэтому со временем мы смастерили волокуши и носилки. Затем к носилкам приспособили колеса и впрягли в них животных. Так продолжалось до тех пор, пока кто-то не изобрел двигатель. И именно с изобретением двигателя внутреннего сгорания закончилась эра, более-менее, гармоничного сосуществования человека и природы. Мы раскапываем недра в поисках топлива для двигателей, а взамен отдавая едко-ядовитый дым из выхлопных труб, который в недалеком будущем отравит все вокруг, в том числе и нас. Так может ли считаться существо уничтожающее себя и все вокруг себя венцом эволюции?