Текст книги "Лестница жизни. Десять величайших изобретений эволюции"

Автор книги: Ник Лейн

сообщить о нарушении

Текущая страница: 23 (всего у книги 27 страниц)

Но предположим, что квантовые колебания действительно существуют и в их основе действительно лежат наборы повторяющихся белков. Что тогда должно происходить с сознанием при разрушении этих наборов в ходе развития нейродегенеративного заболевания? Пенроуз и Хамерофф считают, что в основе сознания могут лежать микротрубочки, расположенные внутри нейронов. Но при болезни Альцгеймера они дегенерируют, образуя спутанные клубки – классический симптом этой болезни, и уже на ранних этапах ее развития в нейронах можно найти тысячи таких клубков (в основном в участках мозга, ответственных за запоминание), однако же сознание больного не претерпевает никаких изменений вплоть до поздних этапов развития заболевания. Короче говоря, никакой корреляции не наблюдается. Примерно то же относится и к другим предполагаемым квантовым структурам, которые могли бы лежать в основе сознания. Например, миелиновые оболочки, покрывающие отростки нейронов, которые образуют белое вещество мозга, разрушаются при рассеянном склерозе, и их разрушение тоже не оказывает никакого или почти никакого воздействия на сознание. Единственный известный пример, который, по крайней мере, не противоречит квантовому объяснению сознания, касается поведения одной из разновидностей опорных клеток – так называемых астроцитов – после инсульта. В ходе одного исследования были проанализированы симптомы нескольких пациентов, которые не осознавали свое восстановление после инсульта. Между результатами, демонстрируемыми пациентами, и их собственным восприятием этих результатов наблюдалась странная разница, которую можно было объяснить (в том числе) нарушением квантовой когерентности в сети астроцитов (если астроциты вообще образуют подобную сеть, что в настоящее время представляется сомнительным).

Второй вопрос, связанный с квантовым сознанием, касается того, какие проблемы эта концепция позволяет решить и позволяет ли она решить хоть какие-то. Давайте предположим, что у нас в мозге действительно имеется сеть колеблющихся белков, которые «поют» в унисон, и исполняемые ими мелодии порождают наши чувства (или, точнее, эти мелодии и есть наши чувства). Давайте также предположим, что эти квантовые колебания каким-то образом передаются через океаны синапсов и запускают квантовое «пение» по другую их сторону, распространяя когерентность по мозгу. Если так, то у нас в мозге имеется целая параллельная вселенная, которая должна работать рука об руку с известной нам «классической» вселенной нервных импульсов, ведь как иначе могли бы мы сознательно воспринимать синхронизованные сигналы нейронов, и как нейромедиаторы, осуществляющие передачу импульсов через синапсы, могли бы влиять на состояния нашего сознания (они совершенно точно это делают)? Это означало бы, что квантовая вселенная нашего мозга разделена совершенно на те же отделы, что и сам мозг. Следовательно, чувства, связанные со зрением (такие как восприятие красного цвета), могли бы возникать исключительно в тех областях, где идет обработка зрительной информации, а колебания чувств, связанных с эмоциями, могли бы происходить только в таких отделах, как миндалевидное тело или средний мозг. Одна из проблем, вытекающих отсюда, связана с тем, что микроскопическая инфраструктура всех нейронов принципиально одинакова: микротрубочки одного нейрона ничем существенно не отличаются от микротрубочек любого другого нейрона. Тогда почему одни должны петь о цвете, а другие – о боли? Самое же досадное – это что наши чувства отражают и самые низменные из реакций нашего тела. Может быть, заманчиво представить себе фундаментальное свойство материи, лежащее в основе любви или восприятия музыки, но как быть с болью в животе? Неужели существует уникальная разновидность колебаний, которая сама по себе и есть то неловкое чувство, которое возникает, когда наш мочевой пузырь требует посетить туалет, в то время как мы находимся в общественном месте? В это сложно поверить. Если Бог и играет в кости, едва ли у этой игры такие правила. Но если не кванты, то что?

Где же искать решение «трудной проблемы» сознания? С некоторыми кажущимися парадоксами на самом деле разобраться довольно просто. Это относится и к «бомбе в подвале» современной физики, как ее назвал Кернс-Смит. Действительно ли чувства должны быть физическим свойством материи, чтобы они могли эволюционировать под действием естественного отбора? Совсем не обязательно. Если нейроны кодируют чувства точно и воспроизводимо, иными словами, если группа нейронов, возбуждающаяся определенным образом, всегда порождает одно и то же чувство, естественный отбор вполне может работать с этим признаком. В этом случае он будет просто воздействовать на лежащие в основе чувств физические свойства нейронов. Эдельман, который всегда тщательно подбирает слова, предпочитает использовать не термин «порождает» (gives rise), а термин «вызывает» (entails). Определенная схема возбуждения нейронов, действительно, не порождает соответствующее чувство, как нечто отдельное, а неизбежно вызывает его: чувство неотделимо от работы этой схемы. Точно так же можно сказать, что работа определенного гена вызывает синтез соответствующего белка. Естественный отбор действует на свойства белков, а не на генетические последовательности, но поскольку белки однозначно закодированы в генах и поскольку только гены наследуются, получается, отбор действует на гены. Предположение, что изначальные эмоции, такие как голод или жажда, вызываются строго определенными схемами возбуждения нейронов, представляется мне намного правдоподобнее предположения, будто эти ощущения представляют собой фундаментальные свойства колебаний материи.

Еще один парадокс, с которым довольно просто разобраться, касается кажущейся нематериальности нашего восприятия и невыразимости наших чувств. По мнению нью-йоркского врача и фармаколога Хосе Мусаккио, еще одного прекрасного ученого, обратившегося к проблеме сознания после выхода на пенсию, принципиально здесь то, что наше сознание не воспринимает (и даже не может воспринять) существование нашего мозга. Мы не можем наблюдать ни свой мозг, ни физическую природу нашего сознания, просто размышляя о них. Только использование объективных научных методов позволило связать сознание с материальными процессами, происходящими у нас в мозге. Отличным примером того, как мы заблуждались на этот счет, могут служить древние египтяне, которые при бальзамировании фараонов бережно сохраняли сердце и другие внутренние органы (они считали сердце вместилищем эмоций и сознания), однако головной мозг расковыривали крючком через нос, вычерпывали длинной ложкой и промывали полость черепа. Они не знали, зачем нужен мозг, и полагали, что на том свете он не понадобится. Но и современные примеры позволяют наглядно убедиться в удивительной неспособности сознания воспринимать свое собственное вместилище. Вспомним операции на головном мозге. Хотя наш мозг и чувствителен к множеству аспектов окружающего мира, в нем нет собственных болевых рецепторов и он абсолютно нечувствителен к боли. Именно поэтому нейрохирургические операции вполне можно проводить под местным наркозом.

Почему сознание не должно воспринимать физический механизм собственной работы? Очевидно, потому, что организму невыгодно размышлять о собственном сознании, когда все интеллектуальные усилия нужно сосредоточить на том, чтобы распознать тигра, крадущегося сквозь заросли, и придумать, как от него спастись. Склонность к интроспекции может лишь повредить организму, проявляясь в неподходящее время, и отбор должен был ее осаживать. Теперь наше восприятие и все наши чувства недоступны для нашего мысленного взора: все это для нас просто есть, а физических механизмов этих явлений будто бы и не существует. Не имеющее возможности непосредственно наблюдать материальные основы восприятия и чувств наше сознание подвержено сильной иллюзии собственной нематериальной, духовной природы. Некоторым людям может не понравиться этот вывод, но от него, похоже, никуда не денешься: иллюзия духовной природы нашего сознания вызвана тем, что оно работает по принципу «знаю только то, что положено знать». Ради выживания нам отказано в доступе в собственный мозг.

Примерно то же относится и к невыразимости наших чувств. Если справедливо то, что я доказывал выше, и наши чувства действительно вызываются схемами возбуждения нейронов и очень точно закодированы в них, то их совокупность представляет собой не что иное, как очень сложную разновидность невербального языка. Наши вербальные языки построены на фундаменте этого невербального языка, но при этом не могут его заменить. Если то или иное чувство вызывает определенная схема возбуждения нейронов, то слово, обозначающее это чувство, вызывает совсем другая нейронная схема оно как бы переводится с одного языка на другой, шифруется с помощью другого кода. Слова могут описывать наши чувства только переводя их на другой язык, поэтому чувствам как таковым и свойственна невыразимость. Тем не менее, все наши языки основываются на общих для нас чувствах. Красного цвета на самом деле не существует. Это лишь нейронный конструкт смысл которого невозможно сообщить тому, кто сам ничего подобного не ощущал. То же самое относится к чувству боли или голода, или к запаху кофе: все это ощущения, на основе которых строятся соответствующие слова, делая возможным вербальное общение. При этом, как отмечает Мусаккио, всегда наступает момент, когда нам приходится уточнять: «Вы понимаете, о чем я?» У нас одинаковые схемы нейронных структур, и следовательно, мы испытываем одни и те же чувства, и поэтому в основе любого нашего языка лежит общий жизненный опыт. Без чувств язык был бы лишен смысла, но сами чувства и смыслы существуют и без всякого вербального языка – как компоненты базового сознания, состоящего из невысказанных эмоций и безмолвного восприятия.

Все это означает, что хотя чувства и могут быть порождением нейронов, мы никак не можем приблизиться к их пониманию посредством интроспекции или логических рассуждений (то есть методов теологии и философии), и разобраться в них можно лишь экспериментальным путем. С другой стороны, из того, что в основе сознания лежат чувства, побуждения и антипатии, следует, что мы можем докопаться до корней сознания и не общаясь вербально с другими животными, а просто проведя хорошо спланированные эксперименты. А это, в свою очередь, означает, что у нас должна быть возможность исследовать ключевой переход от нервных импульсов к чувствам и на животных, даже гораздо менее развитых, чем мы, потому что изначальные эмоции, судя по всему, вообще распространены среди позвоночных.

Рис. 9.1. Магнитно-резонансные томограммы головы ребенка, страдающего гидроанэнцефалией. Большие полушария почти полностью отсутствуют, и вместо них череп заполнен спинномозговой жидкостью.

Рис. 9.2. Радость и восторг на лице четырехлетней Никки (врожденная гидроанэнцефалия).

Одним из ярких свидетельств того, что сознание распространено гораздо шире, чем мы склонны признавать, может служить жизнеспособность и явная сознательность редких детей, рождающихся без коры больших полушарий головного мозга. Происходящий во время зародышевого развития микроинсульт или другая подобная аномалия может приводить к разрушению значительной части обоих больших полушарий. Неудивительно, что в результате дети появляются на свет с серьезными расстройствами, такими как плохое зрение или неспособность обучаться языку. Но при этом, как показал шведский нейробиолог Бьорн Меркер, некоторые из таких детей (несмотря на отсутствие у них почти всех отделов мозга, которые мы обычно связываем с сознанием) демонстрируют настоящее эмоциональное поведение, смеются и плачут, когда это уместно, и реагируют на окружающее вполне по-человечески. Я уже упоминал, что многие эмоциональные центры расположены у нас в древних отделах мозга, таких как мозговой ствол и средний мозг, похожие почти у всех позвоночных. С помощью магнитно-резонансной томографии Дерек Дентон показал, что именно эти древние структуры отвечают за такие базовые эмоции, как жажда или боязнь задохнуться. Вполне возможно, что корни сознания нужно искать вовсе не в «новомодной» коре больших полушарий (они, разумеется, вносят огромный вклад в сознание, однако лишь разрабатывают его на уже имеющейся основе), а в плотно структурированных древних отделах мозга, свойственных не только нам, но и широкому кругу других животных. А если так, то переход от нервных импульсов к чувствам неизбежно теряет часть окружающей его мистической ауры.

Насколько широко в природе распространено сознание? Мы никогда не узнаем этого точно, пока не изобретем какой-нибудь «сознаниемер». И все же по крайней мере изначальные эмоции (жажда, голод, боль, половое влечение, боязнь задохнуться и так далее), судя по всему, очень широко распространены среди животных, обладающих головным мозгом, и даже встречаются у некоторых беспозвоночных, таких как пчелы. Хотя в мозге пчел менее миллиона нейронов (а у нас в одной только коре больших полушарий их 23 миллиарда), они все же способны к весьма сложному поведению. Они умеют не только сообщать друг другу посредством танца, где можно найти пищу, но и рационализировать свои действия, посещая в первую очередь именно те цветы, где больше вероятность найти много нектара – даже в ситуациях, когда исследователи коварно меняют количество нектара в разных цветах. Я не стал бы утверждать, что пчелы обладают сознанием в обычно понимаемом смысле, но даже простая нейронная система, работающая «за вознаграждение», требует вызываемого этим вознаграждением приятного чувства, такого как сладкий вкус нектара. Иными словами, у пчел есть необходимые предпосылки к возникновению сознания, даже если они еще не обладают настоящим сознанием.

Итак, чувства все-таки представляют собой нейронный конструкт, а не какое-либо фундаментальное свойство материи. Разве в какой-нибудь параллельной Вселенной, где высшим достижением эволюции стали бы пчелы, нам показалось бы, что для объяснения их поведения необходимо предположить существование каких-то особых физических законов? Но если чувства – это не что иное, чем особые схемы работы нейронов, то почему нам все-таки кажется, что они реальны, или, лучше сказать, почему они все-таки реальны? Мы ощущаем реальность наших чувств потому, что они имеют реальный смысл, выкованный в горниле естественного отбора и полученный из реальной жизни – и реальной смерти. Чувства действительно представляют собой нейронный код, однако этот код полон жизни и богат смыслом, накопленным миллионами или миллиардами поколений. Мы по-прежнему не знаем, как именно наши нейроны это делают, но в основе сознания лежит вопрос жизни и смерти, а все удивительные достижения человечества – это лишь надстройка. Если мы хотим по-настоящему разобраться в происхождении сознания, нам придется уйти от этой надстройки.

Глава 10. Смерть

Говорят, что не в деньгах счастье. Крез, царь древней Лидии, был богат как… да, как Крез, и считал себя счастливейшим из людей. И все же когда он захотел, чтобы это признал и афинский политик Солон, посетивший его страну, тот, к большому неудовольствию царя, сказал: «Называть счастливым человека при жизни – это все равно что провозглашать победителем и венчать венком атлета, еще не кончившего состязания». Ведь никто не знает, что готовит ему судьба. И случилось так, что Крез, во исполнение пророчества Дельфийского оракула, как всегда двусмысленного, был пленен персидским царем Киром Великим, связан и возведен на костер. Однако вместо того, чтобы клясть богов за столь мучительный конец, Крез (его должны были сжечь заживо) повторял имя Солона. Озадаченный Кир спросил, что это значит, и ему рассказали о мудрых словах Солона. Кир, осознав, что и сам был игрушкой в руках судьбы, приказал потушить костер, освободил Креза (по одной из версий, сделать это помог Аполлон, пославший дождь, который залил огонь) и сделал его своим советником.

Древние греки чтили смерть. Они считали, что судьбой и жизнью людей играют незримые силы, порой вмешивающиеся в происходящее самым непосредственным образом и указывающие человеку его место. В древнегреческих драмах полно пыток, казней и загадочных предсказаний оракулов, сулящих гибель. Похоже, что фатализмом, как и буйными вакхическими ритуалами, а также легендами о всевозможных превращениях, греки были во многом обязаны природе. И теперь, когда представители западной культуры обращают внимание на сложные процессы, приводящие живые существа к неминуемой смерти, жизнь самой природы, в свою очередь, напоминает им древнегреческий театр.

Что-то от греческой трагедии, несомненно, есть в судьбе поденок, которые месяцами живут под водой в состоянии личинки, а затем превращаются во взрослых насекомых, не имеющих ни ротового аппарата, ни пищеварительного тракта. Даже те немногие из них, которым удается пережить первый день своей бурной взрослой жизни, обречены вскоре погибнуть от голода. Или вспомним тихоокеанских лососей, которые, повинуясь гормонам, преодолевают сотни миль и возвращаются в верховья родных рек, где безумная оргия их последних дней неизбежно оканчивается упадком сил и гибелью. Или пчелу-царицу, которая не стареет шестнадцать лет, пока наконец в ее теле не иссякает запас сперматозоидов, после чего ее убивают собственные дочери. Или сумчатых мышей: совокупление у них длится несколько часов, по истечении которых самцы погибают от истощения (кастрация позволяет существенно продлить их жизнь). Трагедия это или комедия, не знаю, но драматизм очевиден. Все эти животные – такие же пешки в руках судьбы, как царь Эдип. Смерть не только неизбежна – она предопределена судьбой, запрограммирована самой природой жизни.

Но из всех гротескных судеб древнегреческих героев самая, пожалуй, трагичная – и самая близкая и понятная нам постигла Тифона, ставшего любовником богини Эос, которая выпросила для него у Зевса бессмертие, но забыла попросить в придачу вечную молодость. И вот, по словам Гомера, «совсем его грозная старость настигла, и ни единого члена не мог ни поднять он, ни двинуть»[84]84
  «Гомеровы гимны», гимн IV («К Афродите»), пер. В. Вересаева. – Прим. пер.


[Закрыть]. В стихотворении Теннисона он с завистью говорит о «счастливых, наделенных даром смерти» и о гробах «более счастливых»[85]85
  А. Теннисон, «Тифон» (пер. А. Сергеева). – Прим. пер.


[Закрыть].

Есть большая разница между двумя формами смерти: неизбежной скорой смертью, на которую запрограммированы некоторые животные, и долгим увяданием старости, обычным только среди людей, не подчиненным строгой программе, напоминающим страшный бесконечный конец Тифона. Именно такую судьбу мы навлекаем на себя сегодня, когда развитие медицины все больше продлевает нам жизнь, не продлевая здоровье. Из каждого года жизни, дарованного богами современной медицины, лишь несколько месяцев мы проводим в добром здравии, остальное же приходится на неотвратимый упадок. В конце концов мы, как и Тифон, начинаем завидовать мертвым. Смерть может показаться жестокой шуткой мироздания, но старение и вовсе безжалостно.

При этом, казалось бы, нет никаких причин, почему на закате наших дней мы должны разделять судьбу Тифона. Хотя упрямые законы физики и делают вечную молодость невозможной, как и вечный двигатель, эволюции свойственна удивительная гибкость, и нетрудно убедиться в том, что продолжительная жизнь обычно означает также продолжительную молодость и не вызывает тифоновых мук. Известно множество животных, жизнь которых была продлена безболезненно, то есть без появления возрастных болезней, вдвое, втрое и даже вчетверо против исходной ее продолжительности, в зависимости от обстоятельств. Один из самых ярких примеров – американский голец, которого вселили в небогатое пищей озеро в горах Сьерра-Невада в Калифорнии. Средняя продолжительность жизни этих рыб в озере увеличилась вчетверо, с шести до двадцати четырех с лишним лет, и единственной очевидной «ценой» долголетия стала задержка полового созревания. Сходные данные были получены и в отношении ряда млекопитающих, таких как опоссумы. У опоссумов, несколько тысяч лет живущих на островах, где им не угрожают хищники, продолжительность жизни оказывается почти вдвое больше, чем в континентальных популяциях, а скорость старения – вдвое ниже. Максимальная продолжительность жизни людей за последние несколько миллионов лет тоже удвоилась, и никаких очевидных неприятностей это не повлекло. С эволюционной точки зрения история Тифона должна быть мифом.

Человечество все же пыталось найти рецепт вечной жизни не одну тысячу лет – и нисколько в этом не преуспело. Хотя достижения гигиены и медицины увеличили среднюю продолжительность нашей жизни, максимальная ее продолжительность, составляющая около ста двадцати лет, несмотря на все усилия, осталась неизменной. Еще на заре письменной истории Гильгамеш, царь Урука, искал средство, дающее вечную жизнь, в виде легендарного растения, но его поиски не увенчались успехом. Мифическое средство так и осталось мифическим. С тех пор история повторялась неоднократно. Эликсир жизни, Святой Грааль, порошок из рога единорога, философский камень, йогурт, мелатонин – все эти средства считались продлевающими жизнь, но ни одно из них в действительности ее не продлило. История поисков лекарства от старости богата сюжетами об откровенных шарлатанах, работавших плечом к плечу с настоящими учеными. Знаменитый французский биолог Шарль Броун-Секар вводил себе экстракт из семенников собак и морских свинок и в 1889 году на заседании парижского Биологического общества доложил, что это повысило его физические и интеллектуальные силы, и даже с гордостью продемонстрировал ошеломленной аудитории струю своей мочи. К концу того года уже около двенадцати тысяч врачей прописывали пациентам изобретенный им препарат. Вскоре хирурги всего мира стали практиковать имплантацию пациентам кусочков семенников козлов, обезьян и даже недавно казненных преступников. Джон Бринкли, едва ли не самый известный из американских шарлатанов, сделал огромное состояние на трансплантации «козлиных желез», хотя умер он в нищете, разоренный бесчисленными судебными исками неблагодарных пациентов. Не факт, что нам удалось добавить хоть один день к отпущенному нам сроку, несмотря на всю нашу изобретательность.

Итак, налицо странное несоответствие между гибкостью эволюции (той легкостью, с которой она, похоже, умеет менять продолжительность жизни) и какой-то непреодолимой преградой, на которую и по сей день наталкиваются все наши усилия. Как эволюции удается так легко менять продолжительность жизни? Тысячелетия бесплодных поисков средства продления жизни наглядно убеждают нас в том, что пока мы не разберемся в глубинных причинах смерти, мы не сдвинемся с мертвой точки. На первый взгляд смерть кажется парадоксальным изобретением эволюции: естественный отбор обычно работает на уровне отдельных организмов, и не так уж просто понять, например, какую выгоду мне может принести собственная смерть или какую выгоду получают тихоокеанские лососи от своего саморазрушения либо самцы паука черная вдова от того, что их поедают самки. Но при этом вполне очевидно, что смерть – отнюдь не случайное явление и эволюция действительно изобрела ее на заре самой жизни ради выгоды, которую она приносит организмам (точнее, их эгоистичным генам – если использовать незабвенное выражение Ричарда Докинза). Если мы хотим, чтобы наш конец был не так печален, как тот, что судьба уготовила Тифону, нам стоит вернуться к самому началу.

Представьте, что вы перенеслись на машине времени в прошлое на три миллиарда лет и оказались на прибрежном мелководье. Первое, что вы заметите, – что небо, подернутое дымкой, окрашено не в голубой, а в тускло-красный цвет, немного напоминающий Марс. Воздух теплый, хотя солнце из-за дымки видно неотчетливо. На суше глазу не на чем остановиться. Повсюду лишь голые камни, там и тут покрытые влажными бесцветными пятнами бактерий, изо всех сил держащимися за этот сухопутный форпост на краю их владений. Ни травы, ни какой-либо другой растительности нет. Но на мелководье стоят, как на параде, десятки странных каменных куполов зеленоватого цвета. Это явно плоды трудов живых организмов. Самые высокие из них достигают примерно метра в высоту. Немногочисленные подобные структуры и сегодня можно найти в самых удаленных и недоступных лагунах Земли: это строматолиты. Больше в воде не заметно следов жизни. Нет ни рыбы, ни водорослей, ни суетливых крабов, ни актиний с колышущимися щупальцами. Попробуйте снять кислородную маску – и быстро поймете, почему: в таком воздухе вы задохнулись бы за несколько минут. Кислорода в нем почти нет даже возле самых строматолитов. И все же построившие их сине-зеленые бактерии (цианобактерии) уже начинают понемногу подмешивать в атмосферу этот ядовитый газ. Пройдет миллиард лет, и их выбросы наконец окрасят Землю яркими зелеными и синими цветами. И только тогда будет легко узнать наш общий дом.

Если бы мы, глядя на эту древнюю Землю из космоса, смогли что-нибудь разглядеть сквозь тусклый красный смог, мы отметили бы лишь одну черту, более или менее напоминающую современную нам планету: «цветение» воды. Его вызывают цианобактерии (родственницы тех, что создают строматолиты), свободно плавающие в море, образуя обширные скопления. Из космоса эти скопления выглядели бы примерно так же, как те, что порой возникают сегодня, а если бы мы посмотрели на эти древние цианобактерии под микроскопом, то оказалось бы, что они почти неотличимы от современных, таких как Trichodesmium. Периоды «цветения» продолжались несколько недель, в течение которых бурное размножение цианобактерий поддерживали минеральные вещества, выносимые в море реками или поднимаемые из глубин восходящими течениями. После «цветения» скопления бактерий за одну ночь рассеивались в воде, которая вновь окрашивалась в тусклый красный цвет, отражая безжизненное небо. Обширные участки «цветущей» воды в современных океанах тоже могут исчезать за одну ночь.

Нам лишь недавно удалось разобраться в том, что при этом происходит. Эти полчища бактерий не просто умирают: они совершают самоубийство. В клетке каждой цианобактерии содержится аппарат для такого суицида – древняя система ферментов, на удивление похожих на ферменты наших собственных клеток, осуществляющие демонтаж клетки изнутри. Мысль, что бактерии могут самоликвидироваться, оказалась настолько неожиданной, что исследователи неоднократно пренебрегали фактами, свидетельствующими в ее пользу, но теперь это уже доказано окончательно. Бактерии действительно могут погибать «преднамеренно», и генетические данные, полученные Полом Фалковски и Кеем Бидлом из Рутгерского университета (штат Нью-Джерси), указывают на то, что этому явлению уже три миллиарда лет. Но почему это происходит?

Потому что умирать выгодно. «Цветение» воды вызывают бесчисленные триллионы генетически сходных или даже идентичных клеток. Но и генетически идентичные клетки не всегда одинаковы. В состав нашего тела входят клетки нескольких сотен различных типов, и все они генетически идентичны. Клетки развиваются по-разному, то есть дифференцируются, в ответ на тонкие различия между химическими сигналами, получаемыми из окружающей среды, которая в случае нашего организма представлена окружающими клетками. В случае же бактериального «цветения» воды окружающая среда включает не только другие клетки, иные из которых могут выделять сигнальные вещества или даже токсины, но и еще ряд факторов, таких как уровень освещенности, доступность питательных веществ или вирусные инфекции. Так что даже если бактерии генетически идентичны, их среда оказывает на них давление самыми разными способами, проявляя бесконечную изобретательность. А именно это и составляет основу дифференциации.

Около трех миллиардов лет назад бактерии начали демонстрировать первые признаки дифференциации: генетически идентичные клетки стали принимать разный облик, и им была уготована разная судьба. Одни становились твердыми, высокоустойчивыми спорами, другие образовывали тонкие липкие пленки (биопленки), нарастающие на покрытых водой поверхностях, например подводных камнях, третьи жили сами по себе, вдали от своего племени, а четвертые просто умирали.

Вообще-то правильнее будет сказать: они не просто умирали: они умирали с трудом. Точно неизвестно, как в ходе эволюции возник сложный аппарат клеточной смерти. Самый правдоподобный ответ гласит, что это произошло в результате взаимодействия с бактериофагами – вирусами, заражающими бактерии. Вирусные частицы в современных океанах встречаются в огромных количествах: их концентрация составляет сотни миллионов на миллилитр морской воды, что по крайней мере на два порядка больше, чем концентрации бактерий, и в древности дела почти наверняка обстояли примерно также. Непрекращающаяся война бактерий с бактериофагами – одна из важнейших и незаслуженно малоизвестных сил эволюции.

Вполне вероятно, что запрограммированная смерть возникла как один из древнейших способов ведения этой войны.

Простой пример: модули токсин/антитоксин, используемые многими фагами. Среди небольшого количества генов этих фагов есть ген определенного токсина, способного убивать бактерии-хозяев, а также ген антитоксина, защищающий бактерию от данного токсина. Подлость в том, что молекулы токсина долговечны, а противоядие к нему живет недолго. В клетках зараженных бактерий обычно синтезируется и токсин, и антитоксин, что позволяет этим клеткам выжить, в то время как незараженные бактерии, или зараженные бактерии, пытающиеся сбросить с себя вирусные оковы, отравляются и погибают. Самый простой способ, позволяющий бедным бактериям разорвать этот порочный круг, состоит в том, чтобы украсть у вируса ген антитоксина и встроить его в собственный геном, защитив от токсина и незараженные клетки. Нередко именно это и происходит. Впрочем, вирусы, эволюционируя, разрабатывают все более сложные токсины и антитоксины, так что война продолжается, и используемое оружие постепенно становится все изощреннее. Не исключено, что именно так возникли ферменты каспазы – возможно, как раз у цианобактерий[86]86
  Строго говоря, у бактерий и растений имеются так называемые метакаспазы, а не настоящие каспазы, но ясно, что именно метакаспазы были эволюционными предшественниками каспаз, и многие функции тех и других совпадают. Для простоты я буду называть все эти ферменты каспазами. Подробнее о них можно прочитать в моей статье «Происхождение смерти» (Lane, N. Origins of Death // Nature 453: 583–585; 2008).


[Закрыть]. Эти специализированные «белки смерти» могут кромсать содержимое клетки. Один такой фермент активирует другой, который, в свою очередь, активирует третий, и так далее, так что в итоге на клетку обрушивается целая армия палачей[87]87
  Каскады ферментов имеют большое значение для клеток, потому что позволяют существенно усиливать слабые сигналы. Представьте себе, как один фермент, активируясь, активирует десяток других, каждый из которых, в свою очередь, активирует еще десяток. В итоге мы получаем сотню активных ферментов третьего уровня. Если каждый из них активирует еще десяток ферментов четвертого уровня, мы уже получим тысячу, затем десять тысяч, и так далее. За шесть этапов этот каскад позволяет активировать миллион ферментов. Именно так и запускается работа «палачей», разрывающих клетку изнутри.


[Закрыть]. Существенно, что у каждой каспазы есть свой собственный ингибитор – «противоядие», способное останавливать работу фермента. Очень может быть, что вся эта сложная система токсинов и антитоксинов, включающая много уровней нападения и защиты, сформировалась в ходе затяжной эволюционной войны между бактериофагами и бактериями.