Генетическое разнообразие
к увеличению биологической разнородности.
Двух генетически абсолютных особей (кроме однояйцевых
близнецов, немутирующих клонов, вегетативных линий и
немногих других исключений), а тем более видов живого
в природе быть не может.
То, что мы не похожи друг на друга, общеизвестно. Мы не схожи всем: обликом, мимикой, походкой, восприятием окружающего мира, чувствами, мыслями, способностями, здоровьем. Такие одинаковые и такие не похожие люди! Среди них не найдешь генетических или психологических двойников — ни по соседству, ни на противоположной стороне планеты, ни в прошлой истории человечества, ни в будущем.
Даже младенцы, казалось бы, такие однотипные, с самого начала разнятся множеством поведенческих, эмоциональных оттенков. Мать, хотя бы раз видевшая свое дитя, потом никогда его ни с кем не спутает. Попробуем представить себе, что могло бы случиться, не будь мы так разнолики. Однотипное не способно к какому-либо прогрессу, оно может породить лишь себе подобное, вертикальная лестница становится пологой кривой. Генетическое сходство затруднило бы воспроизведение жизни, сделало бы нас беззащитными к опустошительным инфекциям, истребило бы творчество как высшее проявление индивидуального самовыражения. Человеческие контакты перестали бы быть необходимыми, так как каждый бы видел в другом лишь свое отражение, но не продолжение. Прекратился бы и биологический, и нравственный прогресс. Природа начинала с однотипного и навсегда отказалась от этого.
В своем стремлении породить наиболее совершенные существа природа проявила поразительное разнообразие решения частных задач. 300 млн. лет назад Землю топтали чудовища Длиной более 25 м и массой свыше 50 т. А в водах океана существовал и резвится по сию пору самый маленький позвоночный организм, длина которого всего 8 мм. Муха пролетает за секунду расстояние, в 1000 раз превышающее длину ее тела, и в то же время есть абсолютно неподвижные паразитирующие организмы. Некоторые клетки, к примеру, нервные, не восстанавливаются, а вот побеги молодого бамбука вырастают в сутки до 40 см. Генофонд человека составляют миллионы генов, кодирующих сложнейшие функции организма. Простейшие живые существа — вироиды, лишенные даже белковой оболочки присущей вирусам, имеют генетическую информацию всего из 360 нуклеотидов. Как видим, природа не поскупилась на контрасты и противоположности.
Мало утверждать, что природа не терпит единообразия, естественная ее история свидетельствует о некоем, все увеличивающемся темпе порождения разнообразных форм живого.
В извечном жизненном конфликте «жертва—паразит» мощным естественным побудителем выживания жертвы была изменчивость набора ее белков, но и паразитирующие организмы, чтобы не вымереть, должны были развиваться в том же направлении. Тому же способствовали множественные враждебные факторы внешней среды — от ландшафта и климата до космических и радиационных влияний. У человека примерно 106 генов, которые не возникли из ничего, а созданы всеми его биологическими предками, начиная от первой праклетки, не менее чем за 109 лет жизни. Каждый ген представлен обычно примерно десятью версиями (аллелями), т. е. способен кодировать столько же разновидностей признака. Отсюда генофонд человека будет содержать 107 единиц наследственной информации. Природа перепробовала сотни разных генетических «диалектов», пока не воссоздала «язык» самого полиморфного и процветающего вида живого. Каждый из нас получил как бы эстафету жизни, переданную ему миллионами «пробных образцов» жизни.
Мы живем лишь в ранней стадии «эры человека», и если сам человек не станет уничтожителем живого, ему еще предстоит долгая эволюция. Доказательством этого служит и огромный фонд генетической информации, обеспечивающий практическую неисчерпаемость вариантов особей.
Среди 5 млрд. человеческих индивидуальностей, одновременно живущих на нашей планете, нет двух одинаковых не только по творческому почерку и суждениям, но и по анатомическому строению. Неповторим «рисунок» подушечек пальцев, ладоней, губ каждого человека. Нет двойников по расположению вен на руках и ногах, по рельефу уха, узору сетчатки глаза, архитектуре костного скелета. У каждого человека индивидуально строение микрокристаллической решетки зубной эмали, химический состав волос, содержание в крови микроэлементов, баланс гормонов, микроструктура нервной системы. Если мы говорим о сходстве каких-то индивидов, то либо сознательно пренебрегаем деталями и частностями, либо имеем несовершенный аппарат исследования. Одинаковых в физиологическом отношении людей нет. И каждый оставляет свой неповторимый след на земле.
Если бы различия касались лишь зримых признаков, то несходство индивидуальностей не было бы столь важным. Ну, пускай, у разных людей неодинаков сосудистый узор или размеры внутренних органов, но почки и легкие построены из одних и тех же анатомических элементов — нефронов и альвеол, а составные белки молекул гормонов и нервных центров одинаковы. Так и листья одного дерева отличаются по форме и «рисунку прожилок», но в каждом случае все эти листья дубовые или березовые.
Но существует (у каждого из нас) определенная комбинация атомов и молекул, которая принадлежит мне и только мне и отсутствует у любого другого человека и животного. Они дают моему организму уникальный стереотип, который определяет меня, распознает то, что составляет часть меня, и видит величайшую угрозу во всем, что не является мною. Именно эти атомы и молекулы входят в состав «опознавательных знаков», которыми отмечены все клетки моего тела. У другого, те же атомы и молекулы дают другие знаки, и совместить эти знаки в одном теле нельзя.
Специфические белки клеток, о которых идет речь, впервые были открыты в опытах по трансплантации органов и тканей. О них биология узнала сравнительно недавно. Поначалу казалось, что эти белки лишь препятствуют приживлению чужих тканей при искусственном их соединении с другим организмом—трансплантации, почему их и назвали «трансплантационными». Но далее стало ясным, что эти белки отражают самые глубинные процессы, характерные для жизнедеятельности каждой индивидуальности. Появился термин «белки тканевой совместимости» (далее из-за частоты употребления будем их сокращенно называть белками ТС), а в более афористичном смысле — белки «самости» (т.е. белки самого себя, своей телесной индивидуальности).
Каждый человек имеет уникальный состав этих белков, поскольку гены, заведующие их синтезом на поверхности клеток, достаточно множественны. Эти же белки определяют гармоническую совокупность всех составных элементов тела, клетки общаются и взаимодействуют с другими клетками только в тех случаях, когда у них одинаковые «опознавательные знаки» — один и тот же набор и конфигурация белков ТС. В ходе эволюции и усложнения живых организмов количество и возможные вариации этих генетических «значков» нарастали. Самые простые обозначения несут на своей поверхности даже примитивные формы, по мере усложнения биологических организмов усложняется и этот генетический алфавит, достигая наибольшего многообразия у человека.
Алфавит белков ТС един для всех людей, в него входит немногим более 100 букв, разделенных на группы. Каждому из нас присуща лишь комбинация из нескольких букв этого алфавита, но наш собственный генетический пароль неповторим. Различия могут быть большими или малыми, от родителей мы отличаемся половиной присущих нам букв, но у всех детей, за исключением однояйцевых близнецов, порядок букв иной, чем у отца и матери, сестры и брата.
Число возможных сочетаний из этих белковых букв чрезвычайно велико. В истории человечества никогда не повторится генетический пароль Пушкина, Ньютона, Эйнштейна или Ломоносова. Без ложного пафоса можно сказать, что все мы неповторимы, потому что никогда не имели и не будем иметь генетической копии.
Лингвисты считают, что в мире сейчас существует немногим менее 3 тыс. языков. Большинство из них имеет древнюю историю. Но биологически главный язык телесной индивидуальности человечество начало изучать лишь несколько десятилетий назад. И постепенно стало ясным: как разговорный язык служит людям оружием общения и взаимопонимания, так и «язык» белков ТС понадобился природе в качестве инструмента общения и шлифования форм живого. Сейчас мы многое знаем об участии этих молекул жизни в обмене межклеточными сигналами и налаживании защитных реакций.
Генетики и психологи знают о важной роли генотипа в формировании индивидуальных различий, в строении и функции нервной системы. Разные линии мышей неодинаково быстро решают задачи при лабораторном их обучении элементарным навыкам. Эти особенности оказываются наследуемыми. У людей так называемый коэффициент умственного развития, определяемый набором специальных задач, оказывается одинаковым в случае однояйцевых близнецов (он равен разнице при тестировании одного и того же индивида), имеет минимальные различия у двуяйцевых близнецов и значительные — у обычных братьев и сестер. Естественно, что эти наследуемые особенности касаются не всей структуры мозга, а исходных способов ее образования. Клеток головного мозга много меньше, чем связующих их участков, а каждая такая связь прокладывается в ходе жизни. Более четко наследуются особенности темперамента, математические способности, хуже — музыкальные...
Коэффициент генетической зависимости умственного развития, как показали экспериментальные данные, близок к 0,5. Это означает, что, как и в случае наследования белков ТС, наследуется приблизительно 50% интеллектуальных способностей.
Природа, этот искуснейший изобретатель, сконструировала в процессе эволюции неисчислимое разнообразие жизненных форм. Поэтому клонирование угрожает главному двигателю эволюции — генетическому разнообразию. Генотип любого человека состоит из комбинации генов его родителей, и именно эта высокая комбинаторика позволяет виду сопротивляться окружающей среде — выживать. Другими словами, у клонов не будет никакого иммунитета. Ведь клонирование предполагает, что клоны одной оплодотворенной клетки будут пересажены в сотни маток, где им надлежит развиваться. Поэтому все родившиеся клоны будут генетически одинаковыми. А мы живем среди вирусов, бактерий, патогенных организмов, которые постоянно мутируют. Люди приспосабливаются к ним за счет генетического разнообразия. А клон неизбежно будет поражен первым же самым простейшим вирусом, например, обычным вирусом гриппа.
Так как одной из движущих сил прогрессивного развития является уровень разнообразия.
Возьмем хотя бы размеры живых существ. Мы знаем, что слон значительно крупнее мыши, но редко задаемся вопросом, во сколько раз он крупнее. Оказывается, слон в 100000 раз тяжелее мыши, а более миниатюрное млекопитающее — землеройка — составляет одну миллионную долю слона.
Самое крупное млекопитающее — синий кит. Самка его достигает 33 м в длину и весит 190 т. Новорожденный ее детеныш длиною 7—8 м весит 3 т. Такое животное, как кит, не могло бы существовать на суше — оно неизбежно было бы раздавлено собственным весом. Вода в 800 раз плотнее воздуха, поэтому она поддерживает гигантскую массу животного и уменьшает статические нагрузки на скелет.
Интересно, что независимо от размеров тела продолжительность жизни всех млекопитающих, измеренная в количестве ударов сердца, примерно одинакова. Сердце кита делает в покое 15—16 ударов в минуту, сердце мыши — около 600, но и у великана, и у малютки за время жизни сердце сокращается около 740 млн. раз. Известно, что существуют люди со средним, ускоренным и замедленным пульсом. Не проявляется ли здесь такая закономерность?..
Да, скажете вы, природа разнообразна, разнолики и существа, населяющие мир. Но когда эволюция дошла до венца своего творения — человека, она создала непомерное множество характеров и внешних черт, но устроила всех людей одинаково. Это расхожее мнение столь же справедливо, сколь и ошибочно. Действительно, у всех людей одна голова, два глаза, по две руки и ноги, единственное сердце и парные легкие, почки, уши. От рождения люди имеют пятипалые конечности, крупную голову, развитую систему кровеносных сосудов, иерархически построенные иммунную и нервную системы. Но сколько же скрытых анатомических отличий, делающих представителей человеческого племени в чем-то уникальными и неповторимыми!
Масса головного мозга у разных людей варьирует в широких пределах, причем это не связано прямо с интеллектуальными и прочими способностями. Так, головной мозг Оливера Кромвеля весил 2200 г, И. С. Тургенева — 2000 г, Анатоля Франса—1000 г, а у Луи Пастера вследствие, вероятно, травмы или перенесенного инсульта на месте одного из полушарий был обнаружен лишь рубец, хотя все свои великие открытия он сделал в зрелом возрасте. Показатель абсолютного веса мозга не является определяющим меру таланта и мыслительной активности. Дети вступают в жизнь с большими различиями в структуре мозга, это касается числа и расположения нейронов, анатомии проводящих путей.
Колебания различных типов клеток костного мозга достигают в среднем 22-кратных различий, объема желудка у разных детей 6—8-кратных, масса печени 4-кратных различий. Частота пульса, нормальная для того или иного человека, колеблется от 45 до 105 ударов в минуту, сердце перегоняет через сосуды за тот же срок от 3,16 до 10,8 л крови. Среднее количество воздуха, обмениваемого в легких за один дыхательный акт, изменяется от 350 до 1300 см3, т. е. между отдельными людьми может существовать 4-кратная разница. Частота дыхательных движений варьирует от 4 до 20 в минуту. Общий объем «носовых пазух» у детей отличается в 20 и более раз.
Даже количество костей в скелетах разных людей неодинаково. Один человек из десяти имеет отличие в строении позвонков, один из двадцати имеет лишнее ребро (чаще мужчины). В анатомических руководствах осторожно говорится, что у человека более 200 костей, специалисты насчитывают от 400 до 680 мышц.
Место вхождения различных нервных стволов в спинной мозг варьирует от индивида к индивиду. Большинство людей имеет 31 пару спинно – мозговых нервов соответственно 30 позвонкам, но некоторые имеют 32 и 33 пары соответственно 31 и 32 позвонкам. У части людей седалищный нерв расположен глубоко и хорошо защищен, у других он, напротив, легко может подвергнуться воздействиям. Тот факт, что люди различаются по типу строения нервов и расположения нервных окончаний, также как и по типу сосудистой системы, имеет большое значение с точки зрения их чувствительности к теплу и холоду, к прикосновению и к боли, возникающей в разных участках тела.
У нашего тела существует своя «мудрость», и в первую очередь это мудрость, проявляющаяся к еде. За 10 лет взрослый человек при умеренном аппетите съедает около 5500 кг разной пищи. Ошибка в балансе на 1% вызвала бы прибавку или потерю в весе до 50 кг. Но «мудрость» тела оказывается столь высокой, что нарушение баланса составляет менее 0,05%. Задолго до того, как стало известно о существовании белков, жиров и углеводов, минеральных солей и витаминов, люди «инстинктивно» поедали их в примерно правильных пропорциях и не страдали от пищевых расстройств.
Ошеломляюще прозвучало и новое открытие Ландштейнера и Левина: не только кровь, но и все выделения человеческого организма — слезы, слюна, пот, желчь, материнское молоко, сперма — имеют групповые свойства. Выделения каждого человека относятся к той же группе, что и его кровь.
Таким образом, учение о группах и факторах крови, общих для какой-то части людей, привело к вероятной характеристике отличий данного индивида. Следует, однако, не забывать, что термин «групповые свойства» отражает достаточную распространенность каждого из изученных показателей, и исследование всех известных на сегодня факторов может проводиться лишь в оснащенном гематологическом кабинете. И, тем не менее, это ощутимо приближало исследователей к решению и оценке «фактора индивидуальности».
Рисунки кожных покровов
Альфонс Бертильон разработал первый антропометрический метод идентификации преступников. Он основывался на том, что любой человек отличается от всех других размерами отдельных частей, тела, а сумма этих размеров дает характерную для каждого человека формулу. Можно выявить отпечатки пальцев давностью до 10 лет на самых разных поверхностях, в том числе и негладких.
Типы рисунков и их размеры подчиняются определенной генетической зависимости. Они передаются по наследству. Дети наследуют не только общий узор, но и минуции — мелкие детали соответствующего пальца родителей. Как и другие характеристики, в том числе и группы крови, цвет глаз, тип вкусовой чувствительности, они могут применяться для изучения механизмов эволюции человеческих сообществ. Для европейских народов больше характерны «петлевые» узоры на пальцах, у народов Востока преобладают «завитки». Венгерский ученый Шандор Окрёс в своей книге «Наследование папиллярных узоров» перечислил 60 признаков, по которым возможна идентификация личности и в спорных случаях проводится установление отцовства. В настоящее время к пальцевым рисункам присоединяют узоры ладоней и стоп. Все попытки уничтожить или изменить папиллярные линии оказались безуспешными. Линии всегда появлялись вновь.
Прихотливость расположения дерматоглифических линий не только отличает каждого человека от всех других. Какая-либо линия может встречаться с повышенной частотой среди представителей одной семьи у родителей, детей и внуков. Подчас представители этой семьи оказываются носителями какой-то наследственной аномалии, это указывает на связь кожного рисунка с функционированием определенных генов.
Дерматоглифы в виде прихотливо изогнутой петли часто встречаются у носителей врожденных сердечных заболеваний и при известной хромосомной аберрации, обозначаемой трисомией 21. В последнем случае вместо двух нормальных хромосом 21-й пары обнаруживаются три такие хромосомы, что ведет к некоторым нарушениям интеллекта. Повышенную частоту кожного рисунка в виде арки находят и при трисомии 18-й пары хромосом, обычно обрекающей новорожденных на преждевременную смерть. Такая же дерматоглифическая особенность присуща носителям врожденной умственной отсталости, шизофрении и в некоторых случаях неправильного развития половых признаков. Рисунки в виде завитка или спирали в части случаев ассоциируются с аномалией половых хромосом.
Неповторимый узор папиллярных линий пальцев, ладоней, губ служит телесным «паспортом» организма. Установление связи дерматоглифов с физиологическими реакциями организма откроет новые и достаточно простые ориентиры для индивидуальной диагностики разных патологических состояний или врожденного предрасположения к ним.
Индивидуальность ДНК
Довольно большая молекула ДНК содержит множество генов, в каждом из которых заключена информация о синтезе строго определенного белка, Вдоль молекулы ДНК расположены фрагменты, повторяющиеся множество раз.
Эти повторяющиеся последовательности могут состоять из 15, 20 и 25 аминокислотных остатков, у разных людей по-разному. В одном месте они повторяются 10 раз, в другом 20, 30, занимая до многих тысяч различных участков. Джеффриз назвал эти группы последовательностей «микроспутниками». У всех людей разное число таких микроспутников. Различно и отношение их длины, у некоторых много длинных и мало коротких, у других много средних и мало длинных. Наконец, внутри каждой последовательности присутствует различное число нуклеотидов.
Вероятность того, что два человека, за исключением однояйцевых близнецов, имеют одинаковое число микроспутников, ничтожна. Поскольку подвижность молекул в теле под влиянием электрического поля зависит от их размера, то с помощью электрофореза и применения специальных нуклеотидных «зондов» можно получить своеобразные фотографии ДНК каждого человека. На этих фотографиях вместо глаз, носа и рта видны тонкие, средние и широкие полоски.
Если следователем на месте совершения преступления обнаружены волосы, следы крови или других выделений, даже следы слюны на окурке, то он по спектру полос от молекул ДНК биологического объекта может составить точный генетический портрет преступника.
В жизни нередко возникает ситуация, когда по каким-либо причинам экспертам нужно доказать или отвергнуть утверждение, что данный ребенок — сын или дочь того или иного лица. Идентификация группы крови, дактилоскопическая экспертиза не являются исчерпывающими. Но достаточно биологу взять по одной клетке у ребенка и родителя, выделить из них ДНК и сравнить их молекулярные портреты, как сомнений не остается. В спектре полос ребенка и спектре полос отца или матери обязательно имеется общий участок «генетических отпечатков».
Несложный математический подсчет показывает, что комбинация из десяти генов, имеющих всего четыре аллельных варианта, может дать количество ожидаемых вариантов, исчисляемое пятизначной цифрой. А что же говорить о живых конструкциях, состоящих из сотен, тысяч, миллионов генов? Темп развития в живой природе сложноорганизованных форм, многоаллельности, частоты мутаций и генетических рекомбинаций, как мы видели, неотвратимо возрастал. Это наводит на мысль, что природа на всем протяжении живой жизни реализовывала заложенное в ней исходно стремление к разнообразию, отличиям.
Что движет разнообразием
Ученые развили представления о прогрессивном развитии живого мира. Они подчеркивали, что носителями этого прогресса могут быть как высоко -, так и низкоорганизованные формы. В общей форме успех организмов в борьбе за существование может достигаться различными путями. Одним из них, как полагали некоторые биологи, может служить приспособление организмов к меняющимся условиям внешней среды путем увеличения численности вида, расширения площади его расселения. В усложняющейся биосфере Земли на определенных этапах живое могло сохраниться только за счет увеличения форм растительного и животного царства.
Мейен считал, что в эволюции феномен разнообразия играет столь же важную самостоятельную роль, как прогресс и приспособление. Более того, стимул к развитию разнообразия генетически наследуется. Если какой-либо разнообразный ряд организмов порождает мутанта, то и этот мутант, выжив, обеспечивает аналогичный ряд полиморфных организмов с такими свойствами, которыми обладали особи родительского отряда, но не он сам.
При анализе явлений разнообразия как одной из движущих сил прогрессивного развития необходимо учитывать биологический уровень этого разнообразия: видовой, групповой, организменный, клеточный, молекулярный. Уже давно стало очевидным, что критерием биологического прогресса вида служит не количественное представительство его особей, которое неизбежно должно иметь какую-то конечную величину, а разнообразие групп внутри вида или видов в более крупных сообществах. Появлению этих групп способствовало приобретение каких-либо полезных приспособительных признаков или реакций.
Среди двух сообществ, наиболее успешно завоевавших сушу,— насекомых и млекопитающих — также наметилось выраженное разнообразие видов. В одном случае оно было движимо такими биологически признаками, как хитиновый покров, трахейное дыхание, быстрота завершения эмбрионального развития. В случае млекопитающих приспособительными стимулами явились теплокровность, живорождение, центральная нервная система, иммунитет, сознание.
Гетерогенность — это общебиологическое явление, расширяющее норму реакций, увеличивающее приспособительные, адаптивные способности организма, обеспечивающее, в конечном счете, разнообразие особей. Сужение границ реактивности на любом уровне (молекулярном, клеточном, организменном) ведет к уменьшению для популяции шансов уцелеть при любых экологических катастрофах или опустошительных инфекциях.
Итак, с одной стороны, жесткие границы индивидуальности, с другой — неограниченный простор для ваяния различий.
Паразитизм и защита
У организма человека много врагов. Врагов внешних и внутренних. К неблагоприятным воздействиям, которые объединены понятием факторов окружающей среды, за многие миллионы лет организм приспособился достаточно хорошо. Понижается температура тела — суживаются кровеносные сосуды, замедляются сокращения сердечной мышцы, становится реже дыхание, приостанавливается потоотделение, усиливается энергетический обмен. Возникает тревожная ситуация: усиливается секреция гормонов надпочечниками и гипофизом, с увеличенной нагрузкой работает щитовидная железа, учащается пульс, активизируется перистальтика кишечника, мобилизуются все органы чувств, «проясняется» сознание. Все эти бессознательные реакции, отработанные эволюцией и основанные, как мы говорим, на безусловных рефлексах, требуют кооперации миллионов клеток, включения миллиардов клеточных рецепторов, фундаментом которых служат белки ТС.
В понятие внешней среды входит и окружающий нас микромир. Мы — его часть, мало чем отличающаяся по исходному биохимическому материалу. Белки микроорганизмов, растений и животных состоят из 20 одинаковых аминокислот. Образование молочной кислоты в бактериях, мышцах животных и человека требует участия одних и тех же ферментов. Генетический код всего живого универсален. Жизнь едина и потому, что существует поразительное сходство между метаболическими процессами у низших и высших организмов. В какой-то мере общими являются и методы приспособления даже далеких видов к наилучшему выживанию.
Выживание биологического вида определяют многие факторы. К ним относятся соотношение полов и репродуктивный потенциал вида, т. е. число жизнеспособных потомков, приходящихся на одного родителя в единицу времени. Сюда же относят сумму факторов, от которых зависят добывание пищи и скорость разрушения индивидуума. Важнейшим фактором выживания является система самозащиты организмов от врагов внешних— патогенных микроорганизмов и внутренних клеток, выходящих из-под организменного контроля.
Для успешной конкуренции паразиту необходимо, чтобы процесс его роста был быстрым и эффективным, поэтому конечная цель его деятельности — новая клетка.
Большинство изученных микробов размножается очень быстро, время удвоения их биомассы составляет 20 мин — 2ч.
Но даже самые злые из них ищут и убивают неполноценные клетки хозяина, а организм в целом их не интересует. При накоплении микробов или их токсинов хозяин оказывается убитым «как бы заодно».
В ходе эволюции скорость мутации атакующего и атакуемого видов возрастала. Паразит мутировал в сторону лучшей адаптации к индивидуальным белкам хозяина и защиты от его иммунитета. Мутации хозяина сообщали ему устойчивость к паразиту, в результате множился полиморфизм представителей данного вида. В ходе такого «соревнования» каждый вид избежал губительного контакта с какими-то опасными возбудителями болезней. Косвенным указанием на это служит естественная устойчивость человека к ряду заболеваний животных (чуме собак, сибирской язве или оспе рогатого скота), а те, в свою очередь, оказались невосприимчивыми к ряду людских болезней.
Человек живет в непосредственном контакте с самыми разными паразитами — микробами, вирусами, грибками, заполняющими воздух, воду, почву и пищу. Каждый из нас находится в постоянной осаде со стороны этих агрессоров, но, к счастью, незаметно для себя он отражает штурм за штурмом. Захватчиков устраняют кожный барьер, естественные пестициды пота, слюны, слез, желудочного и кишечного соков. Их поглощает слизь носоглотки, чтобы отторгнуть при чихании или кашле, когда внешняя защита не сработала. Но если все же патогенные микроорганизмы свяжутся с тканями, то пугающая быстрота разрушения клеток организма заставляет вступить в сражение всю армию иммунитета.
Можно лишь поражаться гибкости иммунной системы. Количество возможных рецепторов, распознающих «свое» и «чужое» на Т- и Б-лимфоцитах, необозримо, Все это разнообразие обеспечивается с помощью компактного набора из 100 тыс. генов.
Гены и болезни
Примеров неодинаковой чувствительности людей к тем или другим заболеваниям можно приводить много. Известно, что при любой эпидемии гриппа некоторые люди не болеют вообще, а другие болеют по несколько раз в сезон.
Примеры достоверной связи некоторых заболеваний с группами крови были получены при математическом анализе и сравнении представительных групп здоровых и больных. Оказалось, что лица с 0 группой крови чаще болеют гриппом, но реже ангинами и ревмокардитом, вызываемым гемолитическим стрептококком. Эпидемии давали материал, свидетельствующий, что при прочих равных условиях люди с группой крови 0 чаще заражаются чумой, а с группой А — чаще болеют оспой. У носителей группы А чаще встречается рак желудка, при группе крови 0 преобладает язвенная болезнь двенадцатиперстной кишки. Кровеносные сосуды людей с группой крови А более подвержены закупорке сгустками крови, а при группе крови 0, напротив, отмечается склонность к кровотечениям.
Значительно более убедительный материал по генетической предрасположенности к болезням был получен при анализе «природного феномена»- близнецовости. Именно у генетически тождественных однояйцевых и сближенных двуяйцевых близнецов можно выявить те физиологические и патологические реакции, которые являются очевидно врожденными, а не формируются условиями жизни и окружением.
У однояйцевых близнецов полностью совпадают группы крови, у них одинаковы кожные узоры на кончиках пальцев, ладонях и губах, идентично строение зубов и каркаса зубной эмали, совпадают вкусовые восприятия, темперамент, эмоциональные реакции. Любые интеллектуальные или психологические тесты дают минимальный разброс. Они одинаково реагируют на медикаментозные средства и дают сходные аллергические реакции. У двуяйцевых близнецов все эти признаки могут не совпадать.
Если один из однояйцевых близнецов заболел корью, то второго эта болезнь поражает в 98% случаев (у двуяйцевых—в 94% случаев), при коклюше эти цифры соответственно 97 и 93%, при свинке—82 и 74%. Возможно, что высокий процент совместного заболевания объясняется в таких случаях одновременным инфицированием детей, но это не согласуется с отмеченной разницей между генетически тождественными и нетождественными близнецами.
Еще более разительны результаты изучения болезней зрелого возраста. Туберкулезом второй идентичный близнец заболевает в 67% случаев (неидентичный близнец—в 23% случаев), ревматизмом—в 47 и 17, сахарным диабетом — в 65 и 18, шизофренией — в 69 и 10, эпилепсией—в 67 и 3%. При ряде недугов высоки не только вероятность заболевания второго близнеца, но одинаковы клиническая картина заболевания, особенности его течения и исхода.
Генетическая обусловленность многих заболеваний на примере близнецов прослеживается уже при рождении.
Очень показательны также наблюдения, касающиеся так называемых «редких» болезней. Не так уж часто встречается форма красной волчанки, сопровождающаяся расплавлением (некрозом) головки бедренной кости. Имеется наблюдение над идентичными близнецами, разлученными в 3 месяца после рождения и выросшими в разной среде. Диагноз красной волчанки у одной из сестер был поставлен в возрасте 14 лет, у другой—в 21 год. Асептический некроз развился соответственно через 2 года и 6 лет после начала волчанки. Это лишнее свидетельство того, что многие заболевания, традиционно объясняемые изменениями обмена или инфекцией, связаны достаточно тесно с наследственными особенностями организма.
Кто не болеет раком
Рак стоит среди других болезней особняком, потому что раковая клетка — это своя же клетка, но ведет она себя, как чужая. Когда клетка встает на путь «бунта» против организма, начинается шквал событий, в итоге которого организму приходится капитулировать. Рак оценивают даже как своеобразную плату за многоклеточность организма. Опухоли считают доброкачественными, если они растут только в одном месте, локально; злокачественные опухоли имеют тенденцию к распространению. Но не у всех животных опухоли способны принимать злокачественное течение.
Несколько лет назад средства массовой информации живо обсуждали проблему катрекса — вещества, полученного из печени черноморской акулы и обладающего, по мнению ряда исследователей, активным противоопухолевым действием.
Биологам хорошо известно, что у некоторых животных рак либо совсем не встречается, либо излечивается естественным образом. В мире насчитывается около 300 видов акул, и у всех их, от экземпляров в 30 см до многотонных гигантов, рак почти не встречается. Такая же картина имеет место у скатов.
Своеобразна судьба злокачественных новообразований у китов. Киты в целом болеют теми же заболеваниями, что и люди; у них встречаются ангины, плевриты, пневмонии, цирроз печени, почечные камни, в старости — атеросклероз. Описан и случай с кашалотом, у которого были найдены следы недавно перенесенного инфаркта миокарда. Болеют киты и раком, однако их организм каким-то волшебным образом справляется с этим заболеванием: опухоль обволакивается живыми тканями и заключается в своеобразную капсулу, лишенную кровеносных и лимфатических сосудов. Рак в таких случаях не дает метастазов, а потому и не является смертельным недугом. Защитный механизм, лежащий в основе такой изоляции раковых клеток, остается неизвестным.
Но те вещества, которые помогают данному виду животных избегать рака, не обязательно должны явиться спасительным лекарством для человека. И это активное вещество в столь же активном состоянии еще нужно выделить из экстракта разрушенных клеток животного. Раковые клетки необычайно быстро приспосабливаются к любому неблагоприятному для них агенту. Появляются новые резистентные клоны тех же клеток и растут, высокоизменчивые и неуязвимые.
Профиль раковой клетки
Слово «рак» является, вероятно, самым пугающим в медицинском лексиконе. Хотя раком согласно статистике болеют в 10 раз реже, чем сердечно-сосудистыми заболеваниями, боятся этого диагноза в 100 раз больше. Ежегодно около 20% смертей вызваны раком.
В какой-то неуловимый момент ранее послушная организму клетка перестает подчиняться общим для всех элементов тела командам и начинает неупорядоченно размножаться. Это свойство передается всем ее потомкам. Дочерние клетки, еще более агрессивные, чем клетки первичного опухолевого узла, разносятся током крови или лимфы в отдаленные участки тела, образуя метастазы. Налицо нарушение того биологического процесса, который сформулировал Сент-Дьерди: «Все живое стремится расти и размножаться до бесконечности, но когда клетки участвуют в совместном создании сложного организма, их рост должен регулироваться с учетом интересов целого».
К раковым клеткам применим термин «дедифференцировка», или развитие вспять. Некое «омоложение» малигнизированных клеток сопровождается потерей тех функций, которые были возложены на них эволюцией, т. е. железистой клетке — выделять пот или слизь, мышечной клетке — сокращаться, нервной клетке — приводить импульс.
Секрет малигнизации кроется в изменении дыхательных ферментов и потере клеткой способности нормально дышать. Раковая клетка переходит на бескислородное дыхание, как бы обращаясь к способу добывания энергии древними организмами, существовавшими на Земле до эпохи фотосинтеза. В силу этого раковая клетка становится «сластеной» — свои потребности в энергии она восполняет за счет глюкозы, расщепление которой она тоже не доводит до конца. При этом теряется львиная доля заложенной в углеводах энергии, а промежуточными продуктами брожения отравляется организм.
Раковые клетки являются не только «ловушками» глюкозы, но и «перехватчиками» нуклеотидов, белков, азотистых оснований, витаминов. Чем полноценнее питание организма, тем больший пищевой ассортимент получает опухоль, постоянно выигрывающая конкуренцию со здоровыми клетками за усвоение полезных молекул. Это нелишне помнить в связи с распространенным мнением, что онкологические больные нуждаются в особо полноценной диете.
Между живыми клетками тоже соблюдается определенная дистанция, регулируемая силами сцепления и отталкивания. Это не только контактное торможение, но и действие растворимых факторов роста. Деление строго упорядочено для разных типов тканей, некоторые клетки вообще не делятся (нейроны, эритроциты). Но раковые клетки не слушаются законов контактного торможения (у них нарушена клеточная мембрана) и ростовых факторов (фактор роста они вырабатывают сами). Нормальные клетки прихотливы к условиям внешней среды, они с трудом поддаются культивированию вне организма. Раковые клетки растут в стеклянных сосудах в несколько слоев покрывая своей плотной массой все свободное пространство.
Малигнизацию нормальных клеток вызывают химические канцерогены, радиация, ультрафиолетовое облучение, травма, онкогенные вирусы. Независимо от характера воздействия нормальная клетка, чтобы стать раковой, должна утратить способность слушаться двух важнейших организменных сигналов: одного—стимулирующего дифференцировку, другого — стимулирующего деление, рост. В ней должно произойти некое генетическое преобразование, в ходе которого нормальные регуляторные гены под действием внутренних и внешних причин превратятся в гены рака. Белки, кодируемые онкогенами (генами рака), отличаются от нормальных белков минимально, подчас это замена единственной аминокислоты.
Самое опасное следствие раковой эмбриолизации — это способность клеток рака, кстати, как и нормального эмбриона, подавлять иммунные реакции. Для нормального эмбриона — это свойство, обеспечивающее жизненно важную его защиту от материнского иммунитета. Для рака—это заимствованный механизм.
В любом случае о раке нужно говорить как об иммунологическом диверсанте, действующем в обход карательной армии защитников организма. И тогда в добавление к вышеперечисленным характеристикам раковых клеток следует добавить их свойство к местному и общему подавлению иммунитета.
Итак, раковые клетки умеют упрощенное строение, они неупорядоченно растут, необычайно быстро утилизируют пищевые вещества и физиологические метаболиты, вырабатывают автономный фактор роста, уклоняются от дифференцировочных сигналов и способны к самостоятельной иммуносупрессии. Но, несмотря на эти общие для всех раковых клеток характеристики, имеются существенные индивидуальные отличия в степени их выраженности. Рак—это тоже болезнь с индивидуальным профилем.
Обман иммунитета
Нам уже приходилось упоминать, что мембрана раковых клеток видоизменена. Изменения эти достаточно многообразны. Способность раковых клеток к инвазии, т. е. прорастанию в другие ткани, сопровождается изменением набора их поверхностных белков. На мембране раковых клеток, кроме исходных белков, должны появиться рецепторы, характерные для клеток соседних и отдаленных тканей. Раковые клетки вызывают непомерное размножение супрессорных лимфоцитов, которые останавливают собственную же «карательную армию» на подступах к опухоли. Возможно, что эти лимфоциты «отравляют» всю близлежащую территорию своими продуктами, которые мы называем блокирующими факторами.
В кровеносной системе и межклеточных пространствах раковые клетки контактируют с клетками иммунитета. Примечательно, что следствием такой встречи является приобретение лимфоцитами информации об особенностях данного рака. Этот процесс распознавания первым свидетельствует о том, что раку присущи ни на что не похожие молекулы, которые мы называем опухолеспецифическими белками. Доказательством тому служат многие реакции, в которых лимфоциты ведут себя по отношению к раковым клеткам, как к клеткам чужого организма. Распространенное мнение, что рак— это своя же, ничем не измененная, а потому и неузнаваемая ткань, ошибочно. У нее уже изменена «внутренняя архитектура». Столь же ошибочным служит утверждение, что иммунитета к раку нет, на основании того, что он не препятствует развитию рака. Иммунитет есть, но он ослаблен, даже исковеркан раком. И мы не знаем, сколько раз иммунитет уже выходил победителем в борьбе с начинавшимся, но не состоявшимся раком. Мы видим уже финал этих событий.
Раковые клетки должны обладать особой жизненной устойчивостью, ибо им приходится держать много экзаменов. Они должны освободиться от основной опухоли, приобрести новые молекулы, обеспечить рост кровеносных сосудов в новой среде обитания, ибо метастаз без питания не выживет. Каждое из этих свойств контролируется особой молекулярной системой, но все вместе они входят составной частью в главную клеточную программу, обеспечивающую опухоли автономную жизнь внутри породившего эту клеточную массу организма.
Рак служит ярким примером посягательства на индивидуальность организма со стороны собственных же составных элементов. Его вызывают глубокие изменения генетической программы клеток, результатом чего является характерная триада признаков: утрата клетками индивидуальной специфичности, упрощение облика белков ТС на клеточной мембране, умение ускользнуть от иммунологического контроля. Эта группа признаков присуща всем раковым клеткам. Конечным итогом этой борьбы клеток за собственную свободу и бесконтрольное размножение является гибель организма.
Врачи регистрируют постоянное увеличение процента детей, родившихся с генетическими отклонениями; из всех младенцев, появившихся в нашей стране за последние годы, 5% страдают наследственными пороками. В некоторых регионах каждый четвертый новорожденный — аллергик. Смертность от бронхиальной астмы за два последних года возросла в мире вдвое. Заболеваемость туберкулезом в регионах, пораженных СПИДом, подскочила на 30%. Неуклонно растет заболеваемость злокачественными опухолями, сахарным диабетом, поражениями системы крови. Создается впечатление, что болезни стирают нашу индивидуальность, не делая выбора между все возрастающим числом жертв.
Экологический дисбаланс прежде всего нарушает иммунную систему, которая, как никакая другая, связана с внешней средой. Это наиболее уязвимое звено в цепи уже хотя бы потому, что в созревающих лимфоцитах в тысячу раз более интенсивны процессы мутации, чем в других клетках тела. Иммунная система вынуждена сверх всяких нагрузок реагировать на множество дополнительных белков — аллергенов, токсинов, мутагенов, а ее способности не беспредельны, она истощается. Как бы мы ни отгораживались от природы одеждой или кондиционером, на иммунную систему маску надеть нельзя.
Физические и химические факторы окружающей среды накапливаются в живых организмах. Промышленные красители, пищевые пестициды, атмосферные яды, бытовые аллергены — все они, кроме непосредственного влияния на организм, имеют еще и опосредованный эффект, видоизменяя наши белки ТС, влияя на их углеводный компонент и водородные связи. Редкое заболевание протекает теперь без аллергического или аутоиммунного компонента. А если молекулы, определяющие нашу индивидуальность, постоянно «перешифровываются», то нарушается их распознавание собственными лимфоцитами. Диапазон колебательных движений в системе увеличивается, что ведет к ранней ее изнашиваемости.
Человеческое тело — самый совершенный организм, ибо оно может само себя ремонтировать. Мелкий ремонт — удел тканей, но крупное восстановление всегда связано с безотказностью иммунной системы. Ее клетки вырабатывают ростовые факторы, в частности, необходимые для сращения костей, восстановления мышц, ликвидации ожогов. Эта система создала телесную индивидуальность, и она же ее нарушит, перестанет оберегать, если против нее ополчатся силы природы. В каком-то смысле так и происходит при СПИДе.
Рост врожденных пороков, увеличение смертности среди новорожденных, наконец, очевидно повышающийся процент женщин, не способных нормально выносить беременность,— это грозные симптомы. Естественный отбор в природе зависит от преимущественного размножения приспособленных особей. Когда страдает детородная функция даже у части вида, его естественная история оказывается под угрозой.
Все виды, к которым для примеров нам приходилось обращаться в этой книге, имеют естественную историю, исчисляемую девяти-десятизначной цифрой. Человечество — самый молодой вид, его история на несколько порядков короче. Чтобы полноценно адаптироваться к опасностям, людям пришлось тренировать и совершенствовать самое надежное приспособление— интеллект. Именно он обозначил превосходство нового вида; человек — единственное существо, имеющее понятие о будущем, способное предвидеть грядущие опасности.
Расселившись по всей Земле благодаря географическим, климатическим и социальным факторам, человечество достигло необычайного разнообразия. Оно построило города, создало цивилизации и культуры. Но в своем стремлении покорить природу и удовлетворить все растущие потребности люди как бы утратили чувство биологической меры. Разрушение Всемирной Экосистемы, незаметное в первые десятилетия технического прогресса, с какого-то момента стало все ускоряющимся и драматичным. Под угрозой оказались разнообразие самой природы, адаптационные возможности человека. А когда механизмы биологической компенсации, достигнутые в ходе долгой эволюции живого, чрезмерно разлаживаются, жизнь оказывается в опасности.
Единственным противовесом разрушительным процессам является здравый смысл, инстинкт самосохранения индивидуума, общества, нации, человечества. Альтернативы жизни нет, поэтому вся наша надежда на наш общий разум.