1. daļa: Vai cilvēks var izaicināt savus gēnus
Teorētiski dzīvi organismi var dzīvot ļoti ilgu laiku, gandrīz mūžīgi. Kur dzīvām būtnēm radās tik slikts īpašums kā nāve?
Mēs visi vienā dienā mirsim. Diemžēl (un, iespējams, par laimi, ir dažādi viedokļi), dzīve ir sakārtota tādā veidā, ka mēs šo brīnumu saņemam pilnībā ar ļoti nepatīkamu obligātu papildinājumu - nāvi.
Daži biologi uzskata, ka tas ne vienmēr notika. Liekas, ka slavenais Augusts Veismans bija pirmais, kurš šaubījās par nāves "neizbēgamību". Šis ir Weismanist-Morganist ģenētiķu sencis, tāpēc to ienīda Trofims Lysenko. Savā lekcijā, ko Veismans sniedza Freiburgā 1881. gadā, viņš teica: "Es redzu nāvi nevis kā galveno nepieciešamību, bet kā kaut ko tādu, kas adaptācijas procesā tiek iegūts otro reizi." Tātad nāvi daba izgudroja nolūkā nodrošināt paaudžu maiņu, bez kuras dzīve nevar attīstīties un bez kuras evolūcija nav iespējama.
DNS loma iedzimtībā vēl nebija zināma. Nebija skaidrs, kā ģenētika tika sakārtota kopumā, un Veismans uzskatīja, ka tas viss tiks atklāts: "Nav šaubu, ka augstākie organismi to dizaina versijā, kas mūsdienās nonākusi līdz mūsdienām, satur nāves sēklas." Par kādām sēklām mēs runājam? Protams, par gēniem. Tas ir, ja tulkots mūsdienīgākā valodā, plaši pazīstams biologs paziņoja, ka nāves gēni ir iestrādāti visos dzīvos organismos (tas ir, jūs un es). Tātad izrādās, ka kādu dienu viņi var ieslēgties, un mēs tūlīt mirsim. Pieņemsim, tā sakot, molekulāro bioloģisko pašnāvību.
Cik tālu esam vienojušies? Ciktāl dzīvie organismi ir kaut kā ieprogrammēti izdarīt pašnāvību? Tas var šķist traki. Ikviens zina par sevis saglabāšanas instinktu, un kas vispār var būt ķermenim un cilvēkam vērtīgāks par viņa paša dzīvi?
Reklāmas video:
Dzīva organisma augstākais mērķis
No humānā viedokļa, tas ir, mūsu cilvēciskais savtīgums, protams, visaugstākā vērtība ir dzīve. Bet šo rindu autors ir profesionāls biologs un pat ar aizrautību ar zālēm. Tāpēc es arī uzskatu cilvēku par tikai dzīvu būtni, kas saistīta ar mugurkaulniekiem, dzīvniekiem, zīdītājiem, sākot no primātu kārtas, Homo ģints, sugas sapiens. Un es zinu, ka visām dzīvajām būtnēm ir lieta, kas ir daudz vērtīgāka par viņu pašu dzīvi. Tas ir viņu sugas genoms. Visu gēnu komplekts, kas nosaka, kas ir šī radība, kāda veida būtne tā ir.
Un tā ir patiešām svarīga lieta. Katras sugas genoms ir izveidojies desmitiem un simtiem miljonu gadu evolūcijas rezultātā, un, ja tas kādreiz tiks zaudēts, suga pilnībā izzudīs, kas nozīmē, ka visi šie miljoniem gadu ir pagājuši veltīgi. Visas dzīvās būtnes un kopā ar jums no vecākiem saņem no sava genoma kopiju, pārbauda tā (kopijas) darbību tā dzīves laikā, un, ja kopija izrādās laba, tad tā tiek nodota viņu bērniem. Kāds cits jautā par dzīves jēgu? No bioloģijas viedokļa tas izskatās šādi. Es to saņēmu, mazliet izmantoju un, ja tas darbojas labi, es to nodevu tālāk.
Parasti genoma intereses pilnībā sakrīt ar tā pagaidu nesēja interesēm. Ja radījums, kam nav laika atstāt pēcnācējus, nomirst, tad tā genoma kopija tiks uz visiem laikiem pazaudēta. Bet dažreiz notiek ļoti nepatīkamas situācijas, kad paša nēsātāja vēlmes nesakrīt ar genoma vajadzībām. Un tad mūsu gēni uzreiz mums parāda, kurš ir mājas priekšnieks.
Labs piemērs ir alus raugs, kas ir viens no iecienītākajiem biologu pētījumu priekšmetiem. (Man ir aizdomas, ka tas ir saistīts ar brīnišķīgu blakusproduktu, ko viņi var ražot.) Raugs ir diezgan primitīvs vienšūnu sēnīte, un tas var dzīvot divos veidos: reproducēt aseksuāli vai seksuāli reproducēt sevi.
Ja viņu dzīvē viss ir kārtībā, tad raugs vairojas, izspļaujot jaunas šūnas no sevis, tās precīzās kopijas-klonus. Procesu var atkārtot daudzas reizes, un raugs dzīvo ļoti ilgu laiku, reizinot to skaitu un mēģinot uztvert pēc iespējas vairāk vietas. Šajā režīmā evolūcija ir ārkārtīgi lēna, jo mainīgums ir ļoti mazs, vidē ir jauktas jaunas un vecas šūnas, un ir ļoti daudz veco. Kopumā stagnācija.
Bet tad apstākļi sāk pasliktināties (piemēram, ir apēsts viss vienkāršais ēdiens, kas atrodas apkārtnē). Rauga šūnas jūt, ka freebie ir beidzies, un "nolemj" paātrināt savu evolūciju, atgūstot spēju ātri pielāgoties jauniem apstākļiem. Tas tiek darīts, izmantojot divas lietas:
Tiek ieviesta obligāta seksuāla reprodukcija.
Lai to izdarītu, rauga šūnas vienojas par to, kurš no viņiem būs zēns, kurš - par meiteni, un organizē gēnu apmaiņu.
Parādās ātra nāve.
Rauga šūnu ieprogrammēta nāve, kuras nav ērtākos aseksuālās reprodukcijas apstākļos. Acīmredzami ir nepieciešams, lai vecā rauga paaudze varētu dot vietu jaunajai raugai, kas rodas gēnu "sajaukšanās" rezultātā.
Un jūs zināt, kāds ir signāls, kas izraisa ieprogrammēto rauga šūnu nāvi? Feromoni - viela, ko viena dzimuma raugs izjūt pretējā dzimuma pārstāvjus. Šī fakta atklāšana izraisīja lielu troksni rauga zinātnieku pūlī. Šeit ir tik sirdi plosošs stāsts par mīlestību un nāvi alus raugā.
Upurēšana ir vispārējs noteikums
Tas ir, tiklīdz sugai bija nepieciešams, lai paātrinātu tās attīstību, atsevišķu indivīdu intereses tika nekavējoties upurētas Viņa Majestātes genoma labā. Un šo noteikumu, kas skumst atsevišķiem indivīdiem, var izsekot jebkuras sarežģītības radījumiem.
Padomājiet par viengadīgajiem, kas mirst, tiklīdz to augļi nogatavojas. Starp citu, tie var nebūt ikgadēji. Tikai vienu reizi vaislas. Piemēram, bambuss dzīvo gadu desmitiem ilgi, pēc tam zied, veido sēklas un pēc tam nomirst. Ņemiet vērā, ka pāris mutācijas viengadīgā auga gēnos to var pārvērst par … daudzgadīgu. Piemēram, Beļģijas ģenētiķiem tas izdevās, darbs tika apbalvots publikācijā Nature.
Vai jūs domājat, ka tas attiecas tikai uz sēnēm un augiem? Šeit ir kukaiņi. Starp citu, evolūcijas vainags! Pajautājiet jebkuram bezmugurkaulnieku zoologam, kurš ir foršāks - diptrans vai dažiem neveikliem pliku pērtiķiem? Maijpuķes nedzīvo ilgi: no pāris stundām līdz pāris dienām (atkarībā no konkrētās sugas), jo tām nav … mutes. Viņi nevar ēst un nomirt badā. Vai katrai tauriņai tas patīk? Es tā nedomāju. Vai viņi ir apmierināti ar savas sugas genomu? Esmu pārliecināts. Vienkārši tāpēc, ka tā ir ļoti veiksmīga, tas ir, plaši izplatīta un ļoti ilgstoša dzīvnieku suga. Daudz vecāks par tevi un mani.
Izjauciet sistēmu, mainiet programmu
Tātad, dīvainā kārtā, ir pašnāvības ģenētiskās programmas. Bet mēs par viņiem sākām runāt nemaz, lai vēlreiz pārsteigtu par dzīvo dabu. Ir daudz aktuālāks jautājums, kas attiecas uz katru no mums. Atcerieties - "mēs visi mirsim"? Vai mūsu genomam nav nekā kopīga ar šo skumjo faktu? Vai mēs no saviem primitīvajiem senčiem neesam mantojuši kādu ģenētisko programmu, kuras mērķis ir mūs nogādāt kapā?
Es centīšos jums pierādīt, ka tas tā ir. Un mēs varam diezgan atļauties pārtraukt šo programmu. Tā kā tas ir vajadzīgs tikai un vienīgi tam, lai paātrinātu cilvēka kā bioloģiskas sugas evolūciju. Bet mums tas vairs nav vajadzīgs, jo gliemežu evolūcijas tempu vietā cilvēki jau sen kā sugu izmanto daudz ātrāku un efektīvāku izdzīvošanas metodi - tehnikas attīstību. Tas nozīmē, ka viņam vairs nav vajadzīgi visa veida nepatīkami evolūcijas rīki un tos var izslēgt neatkarīgi no tā, kā Viņa Majestāte, Cilvēka Genoms, pret to protestēja.
Citiem vārdiem sakot, ir pilnīgi iespējams uzdot jautājumu: vai mēs vēlamies arī turpmāk būt pagaidu gēnu krātuve, pārejot no vienas paaudzes uz nākamo? Bioloģiskā mašīna, akli sekojot sava genoma rīkojumiem? Vai ir laiks mašīnu sacelšanai?
2. daļa: Kā ģenētiskā programma virza cilvēkus uz kapiem
Vislielākais drauds cilvēkiem ir bioloģiskā novecošanās, tas ir, lēna ķermeņa funkciju vājināšanās, kas neizbēgami palielina nāves iespējamību. Ir pamats uzskatīt, ka novecošanās ir ģenētiskas programmas rezultāts.
Ar visu cilvēces un Cilvēka diženumu jūs un es esam nekas vairāk kā bioloģiskas mašīnas. Mūsu vecāki augšupielādēja mums programmu - mūsu dzīvi, mūsu genomu - un faktiski šīs programmas izpildi. Kas tas ir? Fakts, ka mums jāattīstās embrija formā, jāpiedzimst, jāaug un, ja lejupielādētā genoma kopija mūsos guva panākumus, nodot šo kopiju mūsu bērniem. Bet programma ar to nebeidzas. Tā kā tajā notiek arī pēdējais posms - ir nepieciešams atbrīvot vietu alā nākamajai paaudzei, citiem vārdiem sakot, nomirt.
Ja visi piekrīt pirmajiem programmas posmiem, tad kaut kā nepatīk domāt par pēdējo daļu. Un ne tikai vienkāršie cilvēki, bet arī profesionālie zinātnieki. Varbūt tas ir tāpēc, ka lielākajai daļai biologu ir ļoti patīk dzīve un visās tās izpausmēs. Patiesībā tieši tāpēc mēs kļuvām par biologiem. Mums vienmēr ir daudz interesantāk izpētīt, no kurienes kaut kas nāk, nekā tas, kur tas nonāk vēlāk, kā tas tiek iznīcināts.
Šajā sakarā olbaltumvielu izpētes vēsture ir ļoti pamācoša (viņu otrs nosaukums ir olbaltumvielas, tas ir tieši tas, kas kodēts mūsu gēnos, vissvarīgākā daļa jebkurā dzīvā sistēmā). Olbaltumvielu sintēzes procesu šūnās sāka rūpīgi pētīt jau 50. gados un ļoti ātri sapratu, kā tas notiek. Kopš 70. gadiem visās mācību grāmatās ir aprakstīts atbilstošais mehānisms, kas darbojas perfekti un visu laiku ražo visus nepieciešamos proteīnus. Jautājums: kur viņi tad dodas? Viņi nedzīvo mūžīgi. Šūna vienkārši pārsprāgt no visu laiku sintezētajiem proteīniem. Bet kaut kādu iemeslu dēļ biologi kaut kā "daudz neuztraucās par šo jautājumu". Un neievēroja lielu un sarežģītu olbaltumvielu sadalīšanās sistēmu. Tas aizņem vairāk nekā 10% no visiem mūsu gēniem, un tas precīzi nosaka, cik ilgi konkrētam proteīnam vajadzētu dzīvot,atkarībā no tā funkcijas. Daži no viņiem dzīvo tikai dažas stundas, citi paliek būrī gadiem ilgi. Par to viņi sāka mazgāt tikai 80. gadu beigās, un Nobela prēmija tika piešķirta par mērķtiecīgas olbaltumvielu iznīcināšanas sistēmas atklāšanu.
Sabojāt programmu
Vai līdzīgs stāsts nenotika ar ieprogrammēto organisma nāvi? Varbūt biologi negribēja tikai par to domāt? Un velti! Jo, ja arī mūsu nāve tiek ieprogrammēta, piemēram, dzimšana, tad tas dod mums milzīgas iespējas dzīvot labāk un ilgāk. Fakts ir tāds, ka bioloģija ar visiem tās sasniegumiem ir diezgan jauna zinātne. Mēs joprojām aptuveni zinām, kā dzīvā daba ir sakārtota, un joprojām nezinām, kā izveidot dažādas jaunas bioloģiskās sistēmas, kas mums varētu būt noderīgas, lai pagarinātu savu dzīvi. Bet, ja mūsu nāve notiek programmas darbības dēļ, tad neko nevajag būvēt. Gluži pretēji, ir nepieciešams salauzt. Pārtrauciet šīs programmas pēdējo posmu, kas mums ir liktenīgs. Turklāt ir pat iespējams to pilnībā neizjaukt (tas var būt bīstami, un, iespējams, tas joprojām nav iespējams),ir pavisam vienkārši kaut kā to iejaukties, ievietot šo mehānismu spieķu riteņos. Visiem jauniešiem, kas darbojas bioloģiskās inženierijas un bioloģijas jomā, mēs kaut kā jau zinām, kā izlauzties. Un tad mehānisms darbosies sliktāk, kas nozīmē, ka mēs dzīvosim ilgāk.
Un tomēr, vai cilvēka ķermenī ir līdzīgs ieprogrammētās pašnāvības mehānisms? Varbūt zinātnieki to kaut kā ignorēja tikai tāpēc, ka tā tur nav, nevis tāpēc, ka viņi negribēja meklēt? Visu cieņu kolēģiem es nedomāju. Un tad es mēģināšu pierādīt, kā vispār ir iespējams tik vājā zinātnē kā bioloģija, ka jā, mums ir šī programma. Un jūs varat diezgan sākt cīnīties pret to. Bet, lai uzzinātu, kas tas ir par lietu, jums būs jāizlasa šī rakstu sērija līdz galam.
Nu, par kādu programmu mēs varam runāt? Ir vairākas iespējas, un sāksim ar vienkāršāko. Ir tāda ļoti nejauka un nāvējoša lieta kā sepse. Tas parasti notiek, kad asinis inficējas ar baktērijām. Tas ir, ja asinīs nonāk liels skaits mikrobu, tas ir ļoti bīstami. Cilvēkam temperatūra strauji paaugstinās, attīstās tā saucamais sistēmiskais iekaisums, un process visdrīzāk beidzas visbēdīgākajā veidā - pacients mirst. Starp citu, tas darbojas arī uz citiem dzīvniekiem - žurkām, pelēm un visiem citiem dzīvniekiem.
Kāpēc tas notiek? Liekas, ka viss ir skaidrs. Baktērijas asinīs sāka vairoties, imūnsistēma nevar ar tām tikt galā un viņi "ēd" cilvēka ķermeni no iekšpuses. Un kas, viens jautājums, varētu mums nepatikt ar tik skaidru un saprotamu skaidrojumu?
Nāvīga imunitāte
Bet šeit ir problēma. Kādā brīdī izrādījās, ka tādu pašu efektu var sasniegt (protams, nevis cilvēkiem, bet eksperimentā ar žurkām), ja asinīs tiek ievadītas mirušās (!) Baktērijas. Viņi neko nevar ne reproducēt, ne "ēst". Un simptomi ir vienādi - drudzis un iekaisums, kā rezultātā nāve no vairāku orgānu mazspējas. Aha! - sacīja ieinteresētie zinātnieki, - tas nozīmē, ka baktērijas pašas par sevi nav briesmīgas, bet tāpēc, ka tajās ir kāda ļoti indīga viela cilvēkiem (vai pelēm)! Tas arī izraisa septisku šoku. Viņi sāka saprast un patiešām izolēja šādu vielu no baktērijām, vai drīzāk no to čaumalām. Ja to iztīra un ievada dzīvnieka asinīs, tad arī neveiksmīgā būtne mirst no septiska šoka. Kas ir šī viela? Kāda briesmīga baktēriju indekuru tūlīt sauca par endotoksīnu - tas ir, baktēriju iekšējo inde?
Izrādījās, ka tas ir vienkāršs polimērs, kas sastāv no cukuru un lipīdu atlikumiem - lipopolisaharīda (saīsinājums angļu valodā - LPS). Savā ķīmiskajā būtībā viela ir pilnīgi nekaitīga, tas ir tikai celtniecības materiāls, kas veido baktēriju šūnu sienu. Kā LPS var būt toksisks zīdītājiem? Viņi sāka saprast tālāk un uzzināja, ka zīdītājiem ir īpaši proteīni - LPS receptori, kas pastāvīgi kontrolē asinis, lai parādītos šī viela. Un, ja viņi atklāj noteiktu daudzumu LPS, tad tie izsauc briesmīgu bioloģisko reakciju kaskādi, ko mēs saucam par septisku šoku. Ja mēs izgatavojam mutantu peli, kurai ir salauzts šī receptora gēns, tad šādai ĢMO pelei visnāvējošākā LPS deva būs absolūti nekaitīga.
Viņas ķermenis vienkārši nepamanīs “endotoksīnu” un turpinās laimīgi dzīvot. Jūs varat pārtraukt šo pašnāvības programmu citā veidā. Baismīgā iekaisuma kaskāde, reaģējot uz LPS, ir ķermeņa imūnsistēmas sastāvdaļa. Mēs zinām tādas vielas kā kortikosteroīdi, piemēram, deksametazons, kuras labi nomāc imūnsistēmu. Attiecīgi, ja LPS tiek ievadīts pelē kopā ar deksametatozonu, tad peles LPS receptori, protams, uztvers un pārraidīs signālu “augšup” imūnsistēmai. Bet tas neradīs neko briesmīgu, jo tas tiks atspējots. Un pele izdzīvos.
Kopumā, ja mēs izlaižam visas šīs briesmīgās detaļas, secinājums ir šāds: nāve no septiska šoka notiek īpašas pašnāvības programmas darba rezultātā. Ķermenis nogalina sevi, ja sevī atrod pietiekami lielu daudzumu patogēno baktēriju. Tagad par šo programmu ir daudz zināms: kā tā sākas, kuras imūnsistēmas daļas tā aktivizē, kā un kad process nonāk neatgriezeniskā fāzē.
Upuris pārējiem
Rodas pamatots jautājums, kuru biologi ļoti nemīl: kāpēc? Kāpēc zīdītājiem bija šī letālā sistēma? Atsevišķam organismam tas noteikti nav vajadzīgs. Bez septiskā šoka sistēmas viņam būtu vismaz zināmas iespējas "sasmalcināt" infekciju un izdzīvot. Bet daba nedod šo iespēju, pabeidzot neveiksmīgo, un pat tad, ja baktērijas, kas viņu inficēja, jau ir mirušas. Kāpēc?
Precīzu atbildi uz šo jautājumu, protams, nevar sniegt, jo evolūcijas ceļi ir neapskaužami … labi, vai arī tas, kurš to virza tur. Bet patiesībā viss šis stāsts izskatās ļoti saprātīgs un praktisks. Tiesa, nevis no atsevišķa cilvēka viedokļa kā dabas vainaga, bet gan no Viņa Majestātes Homo sapiens genoma viedokļa.
Primitīvajos laikos, kas pēc evolūcijas standartiem bija tikai pirms dažām sekundēm, inficēts indivīds bija ārkārtīgi bīstams pārējām viņa sugām. Tā kā viņš varēja viņiem pārnest infekciju, inficēt visu populāciju un … kas notiks, ja šī ir pēdējā šīs sugas populācija? Tad viņš (suga) pazudīs, un līdz ar to arī viņa genoms. Sliktāk, pat ja slimība nav letāla, tā joprojām ir ļoti bīstama. Fakts ir tāds, ka sākotnējos posmos ķermenis cīnās ar infekciju, sintezējot ļoti toksiskas vielas - brīvos radikāļus (es par tiem runāšu vienā no šīm kolonnām).
Šīs vielas ir mutagēnas. Un, ja infekcija bija smaga, tad tiek sintezēts daudz radikāļu, un tas jau ir tiešs drauds, ka genomā parādās pārāk daudz mutāciju. Nu kā izdzīvos slims indivīds un ar visām tā mutācijām dzemdēs bērnus ar nesaprotamiem genomiem? Bīstami! No sugas un, pats galvenais, tās genoma viedokļa, ir daudz vēlams, ja inficētais indivīds nekur neskrien, mierīgi atrodas zem tuvākā krūma un … nomirst, neinficējot radiniekus un vairs nepiedaloties reprodukcijā. Tas ir septiskā šoka programmas mērķis.
Bet mūsdienu pasaulē cilvēkam šāda programma vispār nav vajadzīga. Tā kā mums ir antiseptiķi un antibiotikas.
Un par vecumdienām
Nu, labi, galantīgais lasītājs, kurš izturējās pret šīm rindām, teiks, teiksim, ka sepse ir programma. Bet par laimi, septiskais šoks ir tālu no galvenā cilvēku nāves cēloņa. Ir arī citi, kas ir daudz biežāki. Un kāds viņiem sakars ar programmām, genomiem un bioloģisko mašīnu sacelšanos?
Atbilde ir: vai jūs zināt, kas ir visbiežākais nāves cēlonis? Apdraud 100% cilvēku, kas, teiksim, ir 20 gadus veci? Tā ir bioloģiska novecošanās! Tas ir, lēna un pastāvīga ķermeņa funkciju vājināšanās ar vecumu, neizturami palielinot nāves iespējamību. Tātad autore pieder pie tiem biologiem, kuri uzskata, ka mums ir pamatoti uzskatīt novecošanos par šādas ģenētiskās programmas darbības rezultātu. Un nākamajā mūsu bio sērijas numurā es mēģināšu jums sniegt pierādījumus par šo drosmīgo hipotēzi, un kaili evolūcijas čempioni man palīdzēs šajā jautājumā.