межклеточные взаимодействия. Именно эти гены создали новые «верфи» для постройки более сложных «кораблей» жизни.
Напомню, что из 100 000 генов человека около 5000 генов задействованы в эмбриогенезе, то есть превращении оплодотворенной яйцеклетки в новорожденную особь. Эти 5000 генов кодируют правила сборки клеток в зародыше (причем разные наборы из одних и тех же 50 генов кодируют планы строения и человека, и слона, и рыбы, и мухи). Архитектурные гены отсутствуют в геноме бактерий. Эти чрезвычайно консервативные гены инкрустированы «батареями» в хромосомы многоклеточных без изменения взаимного расположения. Если один конец набора архитектурных генов формирует органы головного конца, то противоположный сектор генов формирует органы хвостовой части зародыша. Если обычные рядовые гены контролируют пространственную структуру белков, то архитектурные гены кодируют трехмерный проект организма, то есть внешний вид, количество, размеры и карту расположения органов. В зародыше закодирована комбинаторика включения и выключения архитектурных генов во времени. Для неспециалистов возможность кодирования того, что еще не существует в реальном времени, выглядит почти мистикой. Однако никакой мистики в работе архитектурных генов нет. Используя внутренние клеточные «часы», программа построения зародыша синхронизирует клеточные сборки в разных частях зародыша.
М. Б. Под архитектурными генами мы понимаем тот блок генов, которые более научно называются гомеотическими (Hox) генами и мутации которых вызывают рождение уродов и плодов с перепутанным устройством органов?
В. Р. Совершенно верно. Мы договорились не забивать изложение лишними терминами, чтобы не утерять нить разговора. Архитектурные гены наиболее эффективно контролируют правильное развитие органов по довольно стандартному сценарию. Очень рано, еще в крошечном зародыше, Hox-гены размечают в миниатюре территории и карту будущих органов. Много позже эти объемы достигают размеров органов взрослой особи. Реализация этого «виртуального» плана идет в три этапа. На стадии закладки конечности или печени появляются сотни, тысячи незрелых стволовых клеток. На втором этапе эти стволовые клетки формируют запланированную массу органа с точным подсчетом клеток. Когда число клеток достигает проектной цифры, клеточные деления прекращаются, а клетки под влиянием новых «архитектурных» генов начинают превращаться в специальные линии. Локализация клеток в органе определяет тип специализации клеток. Поэтому в мозге не возникают клетки печени, а половые клетки не образуются в сердце. «Архитектурные» гены не только строят «цеха и заводы», но и заполняют территории точным числом специалистов. Как шутят биологи, в этом государстве клетки приходят и уходят, но территории остаются.
Именно использование клетки в качестве строительного модуля позволило эволюции подобрать ключи к созданию сетевых биокомпьютеров с практически бесконечными возможностями. Сетевая организация иммунной системы позволяет предусмотреть создание молекулярных устройств для улавливания миллиардов чужих молекул. Сеть нервных клеток мозга человека из ста миллиардов участников способна воспринимать любую информацию, поступающую из органов чувств в любой комбинации.
На примере эволюции мозга и иммунной системы млекопитающих видно, как быстро и эффективно эволюция нащупала новый, «сетевой», принцип для улавливания «иголки в стоге сена», то есть того одного процента новизны, который организму необходимо мгновенно распознать среди 99 процентов рутины (причем среди огромных массивов информации, будь то образ врага или чужеродные молекулы на поверхности микроба). Любая информационная сеть фильтрует новую информацию в сопоставлении с уже известным.
М. Б. По-видимому, эволюция видов на путях войны, новых «клыков и зубов», начала пробуксовывать уже в мезозое, поскольку даже самое мощное оружие не спасало гигантов того времени от эпидемий вирусной и бактериальной природы. Эволюция пошла по пути форсированного развития органов чувств, мощной иммунной системы и на расширение коммуникационных контактов многоклеточных с окружающей средой. Знать и видеть, чтобы предотвращать, а не сражаться, стало новым лозунгом, когда на горизонте появился в четвертичном периоде прообраз человека. Имеются ли факторы, предопределяющие появление человека в эволюции млекопитающих?
В. Р. Хотя многоклеточное устройство вроде бы гарантировало всем видам биологические предпосылки долголетия за счет постоянной замены устаревших клеток новыми, эти биологические потенции большинства видов к долголетию не могли реализоваться из-за болезней, некачественной и нерегулярной пищи, а чаще всего из-за элементарного незнания ситуаций и неправильных решений. Эволюционная теория в современной перспективе в отличие от Дарвина делает акцент не на «информационные войны» между видами, а на симбиоз, взаимовыгодную кооперацию «без кровопролитий». Конкуренция и войны — удел информационно бедной среды, когда плохо организованные биоценозы испытывают проблемы с источниками пищи и условиями для размножения. Чем более информационно богата и развита биосфера, тем больше полезной кооперации возникает между всеми участниками биологических цепей и сетей. Война все больше уступает место организованным формам устойчивой кооперации и взаимозависимости.
В 1999 году профессоры Джон Смит, Эрнст Мейер и Джордж Вильямс были награждены престижной премией Крэфорда за открытие законов стабильной коалиции видов в информационно богатых биосферах, когда потоки функциональной и генетической информации буквально создают «режим мирного сосуществования». Здесь достаточно упомянуть устойчивые биоценозы Гавайских островов и других островов-заповедников в океане, которые, подобно «английскому клубу», недоступны чужестранцам. Слияние биоинформатики и биосферы с техносферой также начинает эпоху остановки биологических войн в истории эволюции.
М. Б. Означает ли это, что с появлением новых информационных реалий: все более совершенных компьютерных технологий, все более емких глобальных информационных сетей — движется и человечество к концу эпохи войн, эпохи национальных, государственных и военных противостояний?
В. Р. Пока на мощных компьютерах с использованием теории игр моделировались и просчитывались простые ситуации типа синергизм/антагонизм двух видов бактерий, стая хищников/жертва, целостное поведение биоценозов. Современная экономика, политика, парадоксы жизненных интересов общества слишком сложны и запутанны, во всяком случае, эти терабайтные ситуации пока еще не по зубам современным машинам. Хотя отдельные задачи из этих областей, разумеется, все чаще прорабатываются на больших компьютерах (типа IBM Blue, обыгравшей в шахматы Г. Каспарова).
М. Б. Эволюция многоклеточных привела к созданию организмов, устроенных по принципу конфедерации клеток. Функцию многих организмов можно объяснить как сумму функций специализированных клеток. По этому принципу мы можем понять работу сердца, мышц, печени, кишечника. Но такой подход не годится, когда мы обращаемся к рассмотрению человеческого мозга. Здесь происходит метаморфоза устройства и программы клеток в новое качество, которое уже не получишь просто путем суммирования. Широко распространено мнение, что никакой сущностной связи между физиологией мозга и феноменом сознания наукой пока не найдено — разве что на самом общем уровне, вроде того, что левое полушарие отвечает за словесно-аналитическое, а правое — за образное мышление. Как вообще можно подступиться к этой проблеме, которую многие считают одной из главных для науки XXI века?
В. Р. Историко-эволюционный подход — это одна из возможностей человека «поднять самого себя за волосы» — то есть с помощью средств, ресурсов и возможностей науки, истории, культуры и компьютерной обработки материалов раскопок оценить истоки и пути развития всех специализированных машин мозга — в обход всякой мифологии и догм. Тут необходимо помнить, что эволюция мозга не оставляет «костей» и прямых улик. За короткий исторический период мозг прямоходящих обезьян подвергся кардинальной реконструкции, о чем приходится судить не по «черепкам» новых способностей, зародышу «личности», а лишь по динамике внутреннего переустройства костей черепа. Развитие мозга связано в первую очередь с органами чувств и необходимостью адекватно и полно манипулировать с зрительной, слуховой информацией. С этой информацией мозг обращается частично произвольно, частично — в автоматическом режиме. Если освободившиеся руки человека потребовали орудий труда и орудий защиты, то главным орудием мозга стало знание, экспертиза, опыт, которые по
