Главная | Обратная связь

Молекулярная биология и врожденные свойства

Чтобы организм был тем, что он есть, его генетическая про­грамма (ДНК) должна в чрезвычайно точных пределах устано­вить, что это будет за организм, и какие характерные особенности он будет иметь. Такие врожденные пределы заложены и в челове­ка, и в макаку-резус, и в плодовую мушку, и в дрожжи, и в бакте­рию. Эти встроенные пределы имеются у всех видов, потому что генетически любой организм определен как представитель того или иного вида. В идо специфические признаки организма опреде­ляются наследственной информацией ДНК, или геномом. Напри­мер, геном человека, содержит около миллиарда бит информации, однако на сегодняшний день известно использование в качестве полезной информации только 10 её процентов.

У человека, как и у всех млекопитающих — два типа ДНК. Боль­шая часть ДНК хранится в ядре клетки, и, соответственно, назы­вается «ядерной ДНК». Этот тип ДНК человека обеспечивает образование около 10 тысяч отдельных белков, из которых построен весь организм. Другой вид ДНК, имеющийся у человека и дру­гих млекопитающих, — так называемая «митохондриальная ДНК». Эта ДНК находится только в митохондриях и, в отличие от ядер­ной ДНК, наследуется исключительно от матери. Она участвует в формировании всего лишь тринадцати белков, но именно эти белки играют определяющую роль в жизнедеятельности клетки, поскольку они задействованы в процессах энергетического обмена, необхо­димых для жизнеобеспечения.

Естественно, клетка может быть только такой, какой её запрог­раммировал геном. Ее свойства, в некоторых пределах, зафикси­рованы в ДНК. Однако сложный организм — например, человек — состоит из множества клеток весьма разнообразных размеров, фор­мы и функции. Эти клетки образуют отдельные высоко специали­зированные органы, железы и ткани на основе информации, закоди­рованной в геноме, который образован в результате слияния спер­матозоида и яйцеклетки. У человека возникающая таким образом зигота развивается в прекрасно сконструированный организм, со­стоящий из миллиардов дифференцированных клеток. Даже в раз­витии одноклеточного организма сложнейшая система взаимосвя­занных процессов биологического выражения, определяющих фор­му организма, чрезвычайно сложна; что же тогда говорить о раз­витии человеческого зародыша, где уровень сложности возраста­ет на много порядков?

Чтобы организм как единое целое оставался жизнеспособным на протяжении всего индивидуального развития, ДНК должна быть точно воспроизведена в каждой клетке организма. Редкость гене­тических нарушений и уродств свидетельствует о том, что генети­ческая информация практически всегда воспроизводится чрезвы­чайно точно, а также о маловероятности генетических ошибок, возникающих, скажем, из-за воздействия ультрафиолетового излу­чения или химических веществ. Кроме того, в клетке имеется си­стема репарации («ремонта») ДНК, которая восстанавливает по­врежденные участки ДНК.

Но точность процесса воспроизведения ДНК связана еще с одним молекулярным «подвигом». При формировании каждого кон­кретного вида клеток ДНК должна быть прочитана таким обра­зом, чтобы осуществить дифференцировку различных тканей (кость, кожа, роговица глаза и т. д.) и организовать необходимые белки в определённом порядке, — так, чтобы рука была рукой, а глаз — гла­зом. Следовательно, нужно не только в целости сохранить объём информации в каждой клетке, но и определить, какие именно «фра­зы» ДНК из миллионов «томов библиотеки», содержащихся в ге­номе, следует прочесть в данный момент.

Важно помнить, что в каждой клетке изначально содержится не просто необходимая часть ДНК, но и весь геном. Представьте себе мастера, который должен сделать какую-то точную и слож­ную работу. У него есть для этого инструменты. Но работать он должен так, чтобы в нужный момент из огромного количества ин­струментов он сразу же, без поисков и ошибок, выбирал нужный. Инструменты берутся только в той последовательности, в которой происходит работа, ошибок, задержек быть не может, иначе вся работа пропала. Теперь представьте, что огромных коробок с раз­ными инструментами у мастера ~ миллион.

Участки ДНК, богатые информацией, — гены, которые кодируют белки, необходимые для построения организма, — состоят из высо­коорганизованных линейных последовательностей биологических тек­стов сложной структуры. Для того, чтобы фабрики по производству белка в клетке (рибосомы) могли понять эти тексты, им необходима помощь особых связывающих белков, которые находят и отмечают нужные сегменты гена. Они отмечают все нужные участки гена, чтобы их нашла РНК-полимераза, которая затем осуществит транс­крипцию информации из ДНК на цепь-посредник РНК, а та, в свою очередь, передаст ее на «фабрику» по производству белка.

Мы упустили немало стадий, посредством которых информа­ция, содержащаяся в ДНК, преобразуется в нужный белок. В ходе процесса преобразования генетической информации должно быть произведено множество действий (напоминающих почти дослов­ное копирование, транскрипцию, передачу и перевод большого, слож­но организованного текста). Каждый этап включает в себя слож­ный процесс выстраивания высокомолекулярных структур в цепочки, подобно тому, как человек ищет точное и единственное вербаль­ное отображение. Представьте себе, что происходит при создании или переводе конкретного предложения, абзаца или текста; это на­поминает поиск верного и подходящего словесного описания для фактического состояния вещей в окружающем мире. Как и точное использование языка, биологическое использование ДНК — это во­истину поразительный процесс сохранения равновесия, в котором одновременно задействованы многие взаимосвязанные факторы. Лингвисту будет сложно объяснить, как человек вообще умуд­ряется найти верное отображение любого отдельно взятого факта, даже самого простого (например -что сегодня 26 января 1993 года, и что в городе Альбукерке, штат Нью-Мексико, сейчас 21.40). Так же и биохимику будет тяжело в точности объяснить, как в нужное время в нужном месте, на нужной стадии развития данного орга­низма производится именно этот белок. У биолога и лингвиста — схожие проблемы. Всякий раз, когда генетическая информация проходит через разные стадии передачи в сложной системе биоло­гических процессов, пропасть Эйнштейна таинственным образом преодолевается. Такой переход происходит, например, при образо­вании РНК на основе матрицы ДНК. Превращение информации в белок в рибосомах тоже предполагает наличие по крайней мере одного перехода через эту пропасть. Такой переход необходим и при действии белка внутри клетки, и так далее.

В конце концов, биохимик приходит к тому же удивительному выводу, что и лингвист. Для обеспечения жизнедеятельности лю­бого организма между его компонентами должна быть установле­на сложная система отношений в точных пределах. Кроме того, вопросы появления жизни и происхождения языка в основе своей связывает нечто большее, чем явная аналогия. Оказывается, ге­ном человека должен включать основные свойства общей систе­мы понятий, которая реализуется потом во всём разнообразии язы­ков, причём пределы вариаций внутри этой системы очень узки.

Несомненно, люди, и только люди, задуманы так, чтобы вос­принимать разнообразие языковых систем, выраженное в более чем пяти тысячах языков. Следовательно, способность к речи должна быть выражена в геноме человека.