Предисловие

Эта книга посвящена самым различным вопросам генетики и молекулярной биологии. Однако ее ни в коем случае нельзя рассматривать как учебное пособие или справочник. Это своего рода антология – сборник отдельных очерков, связанных единством темы. Тем не менее, читать их лучше подряд, особенно если вы не очень сильны в предмете.

Вы узнаете о тонкой структуре клеток разного типа и работе их центрального звена – гигантских молекул нуклеиновой кислоты, на которых записывается наследственная информация. Мы поговорим о вирусах – удивительных организмах, умеющих встраиваться в генетический аппарат клетки и разрушать его изнутри. Разберемся с соотношением биологического и социального в природе человека: в какой мере наши способности и характер запрограммированы генетически, а в какой – обусловлены влиянием среды. Тема гибели динозавров тоже не останется без внимания, поскольку генетика имеет к ней самое непосредственное отношение.

Сегодня ученые достаточно уверенно говорят о времени расхождения эволюционных линий приматов и человека, сравнивая уровень мутационной изменчивости в молекулах нуклеиновых кислот. Метод молекулярных часов позволил не только установить место и время происхождения Homo sapiens – людей современного типа, но и решить проблему образования человеческих рас. А расшифровка человеческого генома и достижения биотехнологий последних лет способны в обозримом будущем обеспечить генную терапию наследственных болезней и создание искусственных микроорганизмов с заранее заданными полезными свойствами.

Пусть читателя не пугает непривычная терминология – она сложна только на первый взгляд. Обойтись без нее нельзя, как невозможно представить себе школьный курс геометрии без слов «медиана», «катет», «гипотенуза» и «биссектриса». К тому же все термины в книге неоднократно объяснены: непосредственно в тексте, в сносках и в словаре терминов, размещенном в конце книги.

В заключительной части книги мы немного пофантазируем на тему очень далеких перспектив генно-инженерных технологий. Речь идет о реконструкции нашего вида. Всегда ли человек будет оставаться сообразительной обезьяной или, встав на путь управляемой автоэволюции, радикально перекроит собственное несовершенное тело? И как далеко может зайти этот процесс? Имеются основания полагать, что, когда мы научимся конкурировать с Природой на равных, а затем и превзойдем ее, реконструкция вида станет практически неизбежной. А некоторые ученые не исключают даже появления разумных неантропоморфных форм жизни…

Основоположнику генетики Грегору Менделю выпал нелегкий жребий – он почти на полвека опередил свое время. А когда его вклад оценили наконец по достоинству и генетику открыли заново, далеко не все ученые были в восторге. Многие приняли новую науку откровенно в штыки и пренебрежительно именовали законы Менделя «гороховыми» законами.

Особенно не повезло генетике в Советской России. К началу 1930-х годов у нас сформировалась лучшая в мире генетическая школа. Но она была разрушена до основания, когда у руля отечественной биологии встали откровенные политические шарлатаны во главе с народным академиком Т. Д. Лысенко, а многие выдающиеся ученые, в том числе Н. И. Вавилов и С. С. Четвериков, бесследно сгинули в сталинских лагерях.

Мендель был современником Чарльза Дарвина. «Происхождение видов путем естественного отбора» увидело свет в 1859 году, а работа Менделя «Опыты над растительными гибридами» была опубликована в 1865 году.

Как известно, дарвинизм покоится на трех китах – наследственности, изменчивости и отборе, а одно из центральных положений фундаментального дарвиновского труда гласит, что наследственные вариации крайне незначительны, малозаметны, но со временем накапливаясь, они дают вполне ощутимые уклонения, которые, в конечном счете, и порождают виды. Сами по себе эти крохотные изменения (сегодня их называют мутациями , хотя в эпоху Дарвина такого термина не существовало) могут быть какими угодно по знаку – хоть вредными, хоть полезными, а сортирует их давление среды, выметая брак и бережно сохраняя ценные приобретения. В роли этого безличного селекционера выступает естественный отбор: особи с полезными наследственно обусловленными задатками активно развиваются, оставляя большое потомство, а организмы, обремененные вредными признаками, куда менее плодовиты и гибнут раньше.

Чарльз Дарвин

Как уже говорилось, «Происхождение видов путем естественного отбора» вышло из печати в 1859 году, а в 1867 году английский врач Флеминг Дженкин (1833–1885) выступил с критикой теории Дарвина, заявив, что малые вариации неизбежно будут находиться под угрозой исчезновения. И в самом деле: если организм приобретает новый признак (то есть некое отклонение в ту или иную сторону), а затем скрещивается с особью без всякого отклонения или с отклонением в сторону противоположную, то у потомков едва проклюнувшийся новый признак довольно быстро исчезнет или поменяет знак. Другими словами, любое наследственное уклонение будет неизбежно «разбавляться» в ряду поколений, пока от него почти ничего не останется. Вот тут-то и появился монах-августинец Грегор Мендель, доказавший, что признак нельзя расколоть на произвольное количество фрагментов. Он неделим, подобно атому древних греков, и наследуется как единое целое, – доле́й или частиц признака в природе не существует. Более того, наследуются даже не сами признаки, а особые внутриклеточные структуры – гены, которые их кодируют, о чем, разумеется, в XIX веке не подозревали, но сумели сообразить, что за пестротой внешних проявлений должен прятаться некий вполне материальный носитель.#Autogen_eBook_id2 Грегор Мендель

В 1854–1868 годах Мендель преподавал физику и естественную историю в средней школе города Брюнне (ныне чешский город Брно), а на досуге выращивал горох в саду родного монастыря, причем руководствовался при этом соображениями высокой науки. Он был на редкость трудолюбив и аккуратен, и за восемь лет кропотливой работы вырастил около 10 тысяч гороховых кустов, прежде чем осмелился на лаконичную публикацию в местной прессе. Это историческое событие произошло в феврале 1865 года, и сегодня этот день по праву считается днем рождения современной генетики. Менделю очень повезло с объектом. Его предшественники работали с материалом, который разнился между собой по нескольким признакам сразу, поэтому однозначно истолковать результат было весьма непросто. А вот горох имеет великое множество рас, которые отличаются друг от друга по одной-единственной паре альтернативных признаков. По сути дела, это чистые сорта, так что количественный анализ гибридов превращался в рутинную процедуру. Убедившись в однородности материала, Мендель проанализировал закономерность наследования как в тех случаях, когда родительские организмы отличались по одной альтернативной паре, так и в случаях, когда они различались по нескольким парам признаков. Скрещивание, в котором родительские особи анализируются по одной альтернативной паре признаков, называется моногибридным , по двум признакам – дигибридным , по многим – полигибридным . Шарлотта Ауэрбах, профессор генетики Эдинбургского университета, пишет:

...

Грегор Мендель работал с горохом – самоопыляемым растением, поэтому у него была возможность проанализировать потомство каждой особи отдельно. Скрестив два сорта гороха – один с гладкими, а другой с морщинистыми семенами, – он обнаружил, что все потомство (так называемые гибриды первого поколения ) имеет гладкие семена. Таким образом, у гибридов проявился лишь один из альтернативных родительских признаков, но и второй, как выяснилось впоследствии, не канул в небытие. Мендель назвал ведущий признак гибридов первого поколения доминантным , а тот, который временно спрятался, – рецессивным (от латинского recessus – отступление), а обнаруженную закономерность – правилом единообразия гибридов первого поколения .

После этого он отобрал гладкие гибридные семена, вырастил из них гороховые кусты, дал им созреть до цветения и самоопылиться. Получившиеся семена были уже вторым гибридным поколением , внуками исходных растений. Мендель тщательно их пересчитал и разбил на группы. Единообразие нарушилось: из 7324 семян 5474 оказались гладкими, а 1850 – морщинистыми. Будучи математиком, Мендель сразу же обратил внимание, что число 5474 почти втрое превышает число 1850. Расщепление признаков во втором поколении описывалось соотношением 3:1.

Аналогичные результаты обнаруживались и в других опытах, когда во внимание принимались иные признаки. Например, потомство растений с желтым и зеленым цветом семян всегда оказывалось желтого цвета, а при скрещивании между собой гибридов первого поколения непременно наблюдалось расщепление 3:1. Точно такая же картина наблюдалась при скрещивании растений с пурпурными и белыми цветками: сначала полное единообразие с доминированием пурпурной окраски, а затем известное нам расщепление в соотношении 3:1.

Мендель предположил, что в основе наследственности лежит некий материальный фактор, или носитель (о генах и хромосомах в ту пору не было даже речи). Попадая в зародышевые клетки, менделевские факторы комбинируются в процессе оплодотворения, а затем вновь расходятся, когда начинается очередной цикл гаметогенеза – производства половых клеток. Тем самым Мендель привнес в биологию точный расчет.

Но строгая теория великого чеха с математическими закономерностями настолько опережала тогдашние весьма расплывчатые представления о строении клетки и наследовании признаков, что оказалась совершенно невостребованной. Мысль о дис кретности наследственных факторов и свободном их комбинировании выглядела абсолютной ересью, поэтому его труд «Опыты над растительными гибридами», ставший впоследствии классическим, благополучно лег на полку.

Законы Менделя были «переоткрыты» спустя почти полвека, в 1900–1901 годах, совокупными усилиями трех ученых – голландца Гуго де Фриза, немца Карла Корренса и австрийца Эриха Чермака. И только тогда, с неприлично большим опозданием, научный мир по достоинству оценил безупречную логику эксперимента полузабытого чеха и красоту его расчетов.

Терминология Менделя заметно отличалась от современной. Сегодня его факторы, или задатки, называются генами . Это слово придумали в XX веке, когда поняли, что наследственные факторы расположены в хромосомах – особых структурах, лежащих внутри клеточного ядра. Разумеется, Мендель об этом понятия не имел, однако совершенно безукоризненно объяснил суть своего открытия. Чтобы получилось наблюдаемое распределение признаков, у родителей с самого начала должен быть двойной набор генов. А почему бы и нет? Тогда его результаты получают вполне естественное объяснение. Нужно только предположить, что у каждого из родителей имеется по два гена каждого сорта, а в зародыш попадает только по одному из них. И все тут же становится на свои места. Очевидно, что гены, отвечающие за окраску семян, неодинаковы и существуют в двух разновидностях – аллелях . Точно так же дело обстоит и с генами, управляющими формой семян.

Гуго де Фриз

Карл Корренс

Эрих Чермак

Чтобы не запутаться, обозначим эти гены, отвечающие за реализацию признака, буквами латинского алфавита. Гены, относящиеся к одной паре, принято обозначать одной и той же буквой, причем аллель доминантного состояния признака обозначают прописной буквой, а аллель рецессивного – строчной. Тогда аллель желтой окраски семян следует обозначить буквой А , аллель зеленой окраски – буквой а , гладкую аллель – буквой В , а морщинистую – буквой b . А теперь внимание: в клетке с двойным набором генов они могут быть как одинаковыми, так и разными – АА, аа или Аа . Организм с одинаковым аллельным вариантом называется гомозиготным , а с разным – гетерозиготным [1] . Итак, поскольку в соматической [2] клетке всегда содержатся оба варианта данного гена, особь, гомозиготную по доминантной аллели, мы запишем как АА , гомозиготную по рецессивной аллели, – как аа , а гетерозиготную – как Аа (если речь идет об окраске семян). Аналогично гомозигота по гладкой аллели запишется как ВВ , гомозигота по морщинистой аллели – как bb , а гетерозигота – как Bb . Важно отметить, что рецессивная аллель проявляется только в гомозиготном состоянии, а доминантная – как в гомозиготном, так и в гетерозиготном. Как мы помним, каждый из родителей передает потомству только один вариант гена, поэтому у гомозиготного организма имеется только один тип половых клеток ( гамет ) – А или а . А вот у гетерозиготной особи половые клетки будут нести как доминантную аллель А , так и рецессивную а , причем их будет примерно поровну. Клетки с двойным набором генов (соматические) называются диплоидными , а половые клетки – гаплоидными , так как несут половинный набор. Забегая немного вперед, напомним значение терминов генотип и фенотип. Генотип – это совокупность генов (наследственных задатков), а фенотип – совокупность внешних признаков. Таким образом, опыты по скрещиванию двух гомозиготных особей с разной окраской семян – желтой и зеленой – следует записать так: АА  × аа . Взаимодействующие между собой гаметы четырех типов – А, А, а, а – могут дать в итоге только один-единственный вариант – Аа , то есть потомство в первом поколении будет гетерозиготным по генотипу, а фенотипически – совершенно однородным (желтая окраска семян). Рецессивный ген а подавлен, скрыт, потому что его более сильный партнер А не дает ему проявиться. Другими словами, гетерозигота в данном случае фенотипически неотличима от родительской гомозиготы с доминантным геном желтой окраски семян. Поэтому первое правило Менделя, или правило единообразия первого гибридного поколения, можно сформулировать так: при скрещивании гомозиготных особей, отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков, все потомство в первом поколении единообразно как по фенотипу, так и по генотипу.А вот когда мы переходим к следующему этапу – скрещиваем гибриды первого поколения между собой, то получаем совершенно иную картину. Каждая гетерозигота ( Аа ) образует в равных количествах два типа гамет – половину с доминантными аллелями А и половину с рецессивными аллелями а . Яйцеклетка, несущая аллель А , может быть оплодотворена как сперматозоидом с аллелью А , так и сперматозоидом с аллелью а , причем вероятность этих событий примерно одинакова. Точно так же дело обстоит и с яйцеклеткой, несущей аллель а : или а+А , или а+а . Поэтому на выходе мы получаем зиготы четырех типов – АА, Аа, Аа, аа . По фенотипу растения АА, Аа и Аа друг от друга неотличимы (единственное исключение – вариант аа ), отсюда и возникает знаменитое менделевское расщепление 3:1, однако по генотипу расклад выглядит несколько иначе – 1 АА : 2 Аа : 1 аа . Итак, второй закон Менделя гласит: при скрещивании двух гетерозиготных особей, анализируемых по одной альтернативной паре признаков (то есть гибридов первого поколения), в потомстве ожидается расщепление по фенотипу в соотношении 3:1, а по генотипу – в соотношении 1:2:1.Подытоживая сказанное, можно сделать следующие выводы:1) аллельные гены, находящиеся в гетерозиготном состоянии, не изменяют друг друга;2) при созревании гамет из гибридов образуется приблизительно равное число гамет с доминантными и рецессивными аллелями;3) при оплодотворении мужские и женские гаметы, несущие доминантные и рецессивные аллели, свободно комбинируются.Первый из этих выводов (несмешиваемость аллельных генов, которые находятся в гетерозиготном состоянии) Мендель назвал гипотезой чистоты гамет . Это явление, основанное на парности генов, расположенных в одних и тех же локусах [3] гомологичных хромосом, впоследствии получило исчерпывающее объяснение, когда цитологи как следует разобрались в строении клетки.

...

Грегор Мендель был человеком, который пришел слишком рано, поэтому современники в большинстве своем отнеслись к его пионерским исследованиям как к забавному курьезу. Строгий количественный подход не впечатлил биологов XIX века. А вот если бы Дарвин внимательно прочитал замечательную работу чешского коллеги, теория происхождения видов раз и навсегда освободилась бы от невыносимого проклятия Дженкина – утраты вновь приобретенных признаков в ряду поколений.

...

В теории происхождения видов было еще одно слабое место – вопрос о наследовании приобретенных признаков. Конечно, сегодня мы знаем, что приобретенные признаки не наследуются – об этом написано в школьном учебнике биологии. А вот Дарвин высказывался на эту тему весьма уклончиво, и тому были причины – в его время не было и не могло быть настоящей теории наследственности.

Август Вейсман

Точки над «i» расставил немецкий биолог Август Вейсман в начале ХХ века. На протяжении многих лет он рубил крысам хвосты и тщательно обмерял каждый новый приплод. Через его руки прошло двадцать два поколения несчастных грызунов, но хвосты у потомства упрямо продолжали вырастать до нормальной длины. Приобретенные признаки не наследовались.

...

После переоткрытия законов Менделя на рубеже XIX–XX веков генетика развивалась весьма бурно.

Было установлено, что гены находятся в хромосомах – небольших тельцах, лежащих попарно внутри клеточного ядра. Такие парные хромосомы называются гомологичными . Например, в соматических клетках человека содержится 46 хромосом, объединенных в 23 пары. Аллельные гены, кодирующие разные варианты одного и того же признака, расположены в одних и тех же локусах гомологичных хромосом. А вот половые клетки, образовавшиеся в результате особого варианта клеточного деления, содержат половинный набор хромосом. При слиянии половых клеток происходит восстановление исходного двойного набора, причем зародыш получает одну хромосому от отца, а другую от матери. Все в полном соответствии с законами Менделя.

В ХХ веке выкристаллизовалась хромосомная теория наследственности, а взаимодействие генов оказалось куда более сложным, чем это виделось Менделю. Было изучено взаимодействие аллельных (парных) генов и обнаружены такие явления, как неполное доминирование (когда ни один ген не является доминирующим, в результате в организме наблюдается влияние обоих генов) и сверхдоминирование (когда доминантная аллель ведет себя непоследовательно: в гетерозиготном состоянии проявляется ярко, а в гомозиготном – слабо).

При изучении неаллельных (непарных) генов было открыто много интересного. Если они влияют на один и тот же признак, усиливая его проявление, говорят о полимерии , а вот зависимость нескольких признаков от одного-единственного гена называется плейотропией . Например, довольно известная наследственная аномалия арахнодактилия («паучьи пальцы»), которая встречается при болезни Марфана и выражается в удлинении и утончении пальцев рук и ног, обусловлена геном, вызывающим, кроме того, патологию хрусталика в глазном яблоке.

Непарные гены умеют действовать и взаимодополняюще (комплементарно): каждый из них доминантен, но в отсутствие соседа молчит. Противоположное явление, когда непарная доминантная аллель подавляет действие другой доминантной аллели, называется эпистазом . Встречаются и множественные аллели, возникшие в результате многократного мутирования одного и того же хромосомного локуса.

Таким образом, помимо стандартной пары (доминантная плюс рецессивная версия гена) возникает третий член – промежуточная аллель, которая по отношению к доминантному гену ведет себя как рецессивная, а по отношению к рецессивному гену выступает в роли доминантной аллели. Между прочим, по такой схеме наследуются группы крови.

В XX столетии были открыты мутации (термин введен Гуго де Фризом) – внезапные скачкообразные изменения наследственных структур, поставляющие материал для естественного отбора. Различают мутации геномные (изменение числа хромосом), хромосомные (структурные изменения хромосом) и генные (их труднее всего распознать, поскольку они затрагивают отдельные гены).

Кроме того, мутации бывают соматическими и генеративными . Первые ограничиваются клетками тела, а вторые вмешиваются в генетический аппарат гамет и отражаются, таким образом, на последующих поколениях (если мутация происходит в клетках, из которых развиваются гаметы, или в самих половых клетках).

Наконец, существует фенотипическая (ненаследственная) изменчивость, которая не затрагивает генотип и называется модификационной . Она обусловлена средой обитания и является приспособительной. Даже на однояйцевых близнецов, которые имеют идентичный набор генов, условия среды могут повлиять весьма ощутимо. Если один из братьев занимается, предположим, гиревым спортом, а другой – легкой атлетикой, результат будет, что называется, налицо. Но их дети, разумеется, не унаследуют ни рельефной мускулатуры, ни феноменальной прыгучести, поскольку модификационные изменения по наследству не передаются.

а

б

Мутация ДНК: а – нормальная ДНК; б – измененная ДНК

Правда, у некоторых видов давление среды может приводить к возникновению длительных модификаций, которые закрепляются в ряду поколений. Так, например, при воздействии высокой или пониженной температуры на куколок колорадского жука окраска взрослых животных меняется. Этот признак удерживается в нескольких поколениях, а затем происходит возвращение прежней окраски. По-видимому, в таких случаях работает цитоплазматическая наследственность: внешний фактор вызывает изменения в тех частях цитоплазмы (то есть гелеобразной внутриклеточной среды, в которой плавают органеллы – «внутренние органы» клетки; некоторые цитоплазматические структуры могут размножаться независимо от деления клетки), которые затем могут авторепродуцироваться.Такой взгляд породил разного рода «катастрофические» сценарии, в которых масштабные изменения флоры и фауны связывают в первую очередь с природными катаклизмами (например, «астероидная» гипотеза вымирания динозавров). При этом совершенно упускается из виду тот общеизвестный факт, что эволюция вовсе не нуждается в катастрофах и может идти даже в условиях абсолютной стабильности, когда никаких изменений не происходит вовсе.Выдающийся отечественный генетик С. С. Четвериков в статье «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения генетики», опубликованной еще в 1926 году, показал, что природные популяции несут в себе огромный запас ранее произошедших мутаций, буквально впитывают их, как губка впитывает воду, а значит, исходный материал у эволюции всегда в избытке.И в самом деле: если большинство живых существ несут по два экземпляра каждого гена, а новые мутации, как правило, рецессивны (то есть внешне никак себя не проявляют), то под сходством внешнего облика представителей того или иного вида должно скрываться ошеломляющее генетическое разнообразие, накопившееся в длинном ряду поколений.

Митоз – это деление клетки. Как известно, почти все клетки нашего организма время от времени делятся, но это не банальное деление пополам, а сложный многофазный процесс. Однако прежде чем говорить о митозе (и о другом варианте клеточного деления – мейозе ), необходимо познакомиться со строением клетки.

Все живое на планете Земля состоит из клеток [4] – миниатюрных лужиц протоплазмы, не видимых простым глазом. Первым в этот удивительный мир заглянул любознательный голландец Антони ван Левенгук (1632–1723), трудолюбивый натуралист-самоучка.

Он был владельцем небольшой мануфактурной лавки, а в свободное время исполнял обязанности привратника городской ратуши Дельфта – маленького голландского городка.

В середине XVII века Дельфт славился отменными мастерами-оптиками, но Левенгук был лучшим. Его короткофокусные линзы диаметром меньше 1/8 дюйма (один дюйм равняется 2,54 см) давали увеличение в 150–300 раз и были по тем временам непревзойденным шедевром инженерного мастерства. Замечательные стекла Левенгука оставались вне конкуренции не только на протяжении всей жизни мастера, но и спустя много лет после его смерти.

...

Наведя свой прибор на дождевую каплю, Левенгук первым обнаружил «ничтожных зверюшек», самозабвенно резвящихся в прозрачной воде. Его занимало решительно все – кровь, слюна, зубной налет, семена растений и чешуйки собственной кожи. Левенгук был первым ученым, кто увидел и зарисовал простейших, бактерии, сперматозоиды в семенной жидкости, а также красные кровяные тельца – эритроциты и их движение в капиллярах. Правда, он считал, что его «маленькие животные» устроены в точности так же, как и крупные организмы, то есть имеют ножки, хвостики, органы пищеварения, кровеносную систему и т. д.

Вклад голландца в естественные науки трудно переоценить, однако сам термин «клетка» принадлежит не ему, а его современнику – английскому ученому Роберту Гуку (1635–1703). В 1665 году Гук опубликовал труд под названием «Микрография, или физиологическое описание мельчайших тел, исследованных с помощью увеличительных стекол», установил клеточное строение тканей и впервые описал растительные клетки, хотя микроскоп его конструкции давал всего лишь тридцатикратное увеличение.

Роберт Гук

Матиас Шлейден

Теодор Шванн

К середине XIX века трудами немецкого ботаника Матиаса Шлейдена (1804–1881) и зоолога Теодора Шванна (1810–1882) была в общих чертах сформулирована клеточная теория строения всего живого. Шлейден установил, что любая растительная клетка имеет в своем составе ядро, и продемонстрировал его роль в росте и делении клетки, а Шванн в работе «Микроскопическое исследование о соответствии в строении и росте животных и растений» определил клетку как универсальную структурную единицу животного и растительного мира. А чешский естествоиспытатель Ян Эвангелист Пуркине (1787–1869) ввел в научный обиход широко известный термин «протоплазма». #Autogen_eBook_id13 Ян Эвангелист Пуркине

Во времена Менделя о тонком строении клетки было известно очень мало. Знали только, что она представляет собой пузырек вязкой жидкости (ее Пуркине и назвал протоплазмой [5] ), окруженный оболочкой и заключающий в себе ядро. Несовершенная микроскопическая техника середины XIX века не позволяла разглядеть более тонкие структуры. Разумеется, сегодня мы знаем о строении клетки гораздо больше, поскольку в распоряжении ученых имеются современные приборы.

...

Все клетки подразделяются на ядерные, то есть имеющие оформленное ядро ( эукариоты — от греч. karyon – «орех», «ядро ореха»), и не имеющие ядра ( прокариоты ). Организмы животных, растений и грибов построены из ядерных клеток. Все простейшие (вспомните инфузорию туфельку и амебу из школьного курса зоологии) тоже эукариоты, а к числу прокариот относятся бактерии и сине-зеленые водоросли.

Если посмотреть на живую клетку в мощный электронный микроскоп, мы увидим, что это не просто комочек слизи с ядром в центре, а сложный организм с богатой внутренней структурой. От внешней среды клетку отделяет цитоплазматическая мембрана (ЦПМ), или плазмолемма, через которую осуществляется транспорт ионов кальция, натрия и калия, а также воды и небольших молекул. Кроме ЦПМ – внешней оболочки клетки – существует система мембран внутренних ( эндомембран ), которые делят внутриклеточное пространство на замкнутые объемы разной величины и формы.

Строение ядерной клетки (эукариоты)

Система внутренних мембран формирует сеть трубчатых цистерн и пузыревидных расширений до 100 нм в диаметре (так называемый эндоплазматический ретикулюм ), аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли и множество других внутриклеточных образований – органелл . На лизосомы – крохотные пузырьки около двух микрон в диаметре – возложена функция внутриклеточного пищеварения, аппарат Гольджи управляет ростом ЦПМ и принимает участие в обмене белков и углеводов, а вакуоли служат целям осмотической регуляции [6] , сначала всасывая, а затем выводя наружу воду, проникшую в клетку из внешней среды. В полостях эндоплазматической сети располагаются небольшие тельца – рибосомы , на которых идет синтез белка. Все органеллы плавают в жидкой внутриклеточной среде – цитоплазме , которая представляет собой гомогенный водный раствор неорганических и органических веществ (в частности, белков и ферментов) с вязко-упругими свойствами. Подобная консистенция достигается за счет микрофиламентов – тонких и длинных нитевидных белковых структур. Цитоплазма не покоится, но течет со скоростью от одного до шести сантиметров в час, и органеллы перемещаются вместе с ней. Кроме того, микрофиламенты отвечают за перемещение клеточных ядер и некоторых других органелл и принимают участие в образовании перетяжки в ходе клеточного деления. Особый интерес представляют митохондрии – энергетические станции клетки (в растительных клетках их аналогом являются хлоропласты). Эти органеллы обладают развитой системой собственных эндомембран, которые являются продолжением их двуслойной оболочки и образуют внутренние выпячивания – кристы . В клетке имеется от ста пятидесяти до полутора тысяч митохондрий, а у крупных простейших их количество достигает полумиллиона. Окисляя органические вещества, митохондрии накапливают энергию в форме аденозинтрифосфата (АТФ), которой и снабжают клетку. Хлоропласты растительных клеток осуществляют процессы фотосинтеза, то есть преобразуют энергию солнечного света в энергию химических связей сложной органики, прежде всего углеводов. Из простых веществ, вроде углекислого газа и воды, они синтезируют сложные органические соединения. Как митохондрии, так и пластиды располагают собственным генетическим аппаратом – кольцевой молекулой ДНК и могут размножаться самостоятельно, вне зависимости от деления клетки.

...

Приблизительно в центре клетки находится довольно крупное округлое образование – клеточное ядро , окруженное собственной двойной мембраной и заполненное вязкой жидкостью – кариоплазмой . Внутри ядра лежит тельце поменьше – ядрышко . А вот хромосомы – своего рода командный пункт – без помощи электронного микроскопа не разглядеть: они становятся видимыми, когда клетка начинает подготовку к делению.

Но вот клетка приступила к митозу. Внутри ядра образовался рыхлый клубок длинных перепутанных нитей – произошла спирализация хромосом. Теперь они хорошо заметны в обычный световой микроскоп. Нити медленно и хаотично движутся, постепенно становясь все короче и толще. Рассосалась ядерная мембрана, исчезло ядрышко. Хромосомы, ставшие совсем короткими и плотными, выходят в цитоплазму и располагаются в экваториальной плоскости клетки, выстроившись в цепочку. Затем они расщепляются вдоль – их количество удвоилось. Теперь сестринские хромосомы лежат параллельно друг другу.

Митоз

На полюсах клетки тоже произошли изменения: от периферии к центру медленно ползут тонкие нити. Это заработала центриоль – полый цилиндр, продуцирующий веретено деления, те самые тонкие нити, что ползут к экватору. Центриоль – небольшая внутриклеточная структура, от 350 до 500 нм длиной и около 150 нм в диаметре. Незадолго до удвоения хромосомного материала она делится пополам, и эти половинки оперативно разъезжаются к противоположным полюсам делящейся клетки. Веретено деления представляет собой протяженный конгломерат из пучка тубулярных образований (микротрубочек), которые упакованы в плотный тяж из нескольких десятков полых элементарных волокон (вплоть до сотни и даже более). Один конец веретена деления зафиксирован на центриоли, а другим цепляется за хромосомную перетяжку – кинетохор , или центромеру, после чего нити веретена начинают сокращаться и растаскивают хромосомы к полюсам клетки. Когда хромосомы собираются у полюсов, образуется перетяжка, рассекающая материнскую клетку надвое. На ее месте возникают две дочерние клетки, и каждая из них получает полный набор генетического материала, поскольку он был предварительно удвоен [7] .Это и есть митоз – стандартное бесполое размножение эукариотических клеток, протекающее в несколько стадий ( профаза, прометафаза, метафаза, анафаза и телофаза ). Стадия, когда клетка пребывает в покое, называется интерфазой . Однако помимо митоза существует, как мы помним, и другой вариант клеточного деления – мейоз (от греч. méiosis – «уменьшение»). Таким путем образуются половые клетки – гаметы. Но что и почему уменьшается в ходе мейоза? Сначала повнимательнее присмотримся к хромосомам. Пусть это будет хотя бы горох, на котором Мендель открыл законы наследственности. Во всех клетках, даже если они взяты из разных частей растения, мы обнаружим 14 хромосом. Они располагаются попарно, значит, в случае гороха мы имеем семь пар – семь разновидностей хромосом. Хромосомы разных пар отличаются друг от друга некоторыми деталями строения – расположением перетяжек, длиной, толщиной и др. Но внутри каждой пары хромосомы похожи как две капли воды, поэтому их называют гомологичными (подобными).Хромосомные наборы других видов будут выглядеть иначе. Например, в клетках человека мы найдем 46 хромосом (23 пары), в клетках кукурузы – 10 (5 пар), а в клетках плодовой мушки дрозофилы – 8 (4 пары). Короче говоря, каждый вид характеризуется вполне определенным числом хромосом, но это число всегда будет четным, так что хромосомы легко разбить попарно. Единственное исключение составляют половые клетки, которые в отличие от соматических (клеток тела) несут не двойной (диплоидный), а одинарный (гаплоидный) набор хромосом.#Autogen_eBook_id16 Мейоз

А теперь вернемся к мейозу. Каким образом из соматических клеток с двойным набором генетического материала получаются урезанные гаметы? На первых порах мейоз как будто бы ничем не отличается от митоза: хромосомы исправно проходят фазу спирализации и становятся толстыми и короткими. А потом все идет наперекосяк: вместо того чтобы расположиться в экваториальной плоскости, они объединяются попарно и устраивают некое подобие старинного танца, когда партнеры то кружатся, взявшись за руки, то разбегаются по сторонам. Хромосомы сначала сближаются и приникают друг к другу, а затем расходятся в стороны. Но при этом они успевают обменяться кусочками своих тел – у новой хромосомы «голова» и «хвост» оказываются от разных хромосом. А затем следуют подряд два клеточных деления, но хромосомы удваиваются только единожды, и на выходе образуются половые клетки с гаплоидным (одинарным) набором хромосом. Итак, мейоз представляет собой одну из форм непрямого клеточного деления, при котором происходит редукция (уменьшение) числа хромосом. В отличие от митоза, мейоз осуществляется в два этапа. Во время первого мейотического деления (его принято называть редукционным) генетический материал предварительно не удваивается (как при митозе), поэтому дочерние клетки получают лишь по одному партнеру из каждой хромосомной пары. Второе деление представляет собой обычный митоз и никак не влияет на число хромосом. В результате двух последовательных мейотических делений образуются четыре зародышевые (половые) клетки, каждая из которых содержит гаплоидный набор хромосом.Восстановление диплоидного состояния происходит во время оплодотворения, когда половые клетки сливаются. У животных путевку в жизнь зародышу дает слияние сперматозоида с яйцеклеткой, а семена растений возникают от слияния женской зародышевой клетки (семяпочки) с мужской зародышевой клеткой (пыльцевым зернышком).Не правда ли, вся эта хромосомная свистопляска как две капли воды похожа на поведение выдуманных Менделем «факторов», которые сегодня называют генами? И действительно: и те и другие содержатся в клетке в двойном наборе, и как в зародыш попадает по одному гену от каждого из родителей, точно так же и зигота (зародышевая клетка после оплодотворения) получает по одной хромосоме каждого «сорта» с материнской и отцовской стороны. Сходство так велико, что едва ли это случайное совпадение. Следует отдать должное прозорливости великого чеха, который, ничего не зная ни о хромосомах, ни о мейозе, столь блистательно разобрался в сути вопроса и вывел законы наследственности, заложив тем самым основы современной генетики.В начале XX столетия, когда законы Менделя были открыты заново, биологи уже не сомневались, что гены имеют самое прямое отношение к хромосомам. Но хромосома, как известно, построена из белка особого типа и нуклеиновой кислоты. Где же конкретно прячется наследственный фактор и что он собой представляет? Одним словом, что такое ген? Об этом речь пойдет в следующей главе.

Когда в 1940-х годах XIX века Матиас Шлейден изучал процессы клеточного деления (об этом упоминалось в предыдущей главе), он описывал рождение дочерней клетки как своеобразное почкование. Разумеется, он ошибался.

Через 30 лет после Шлейдена немецкий цитолог Вальтер Флеминг (1843–1905) отметил любопытный факт: при окрашивании клетки внутри ядра обнаруживается яркое пятно, окрашенное наиболее интенсивно. Флеминг назвал эту субстанцию хроматином (от греч. chroma – «цвет»). В ходе клеточного деления структура хроматина менялась – он распадался на множество окрашенных телец, хорошо видимых под микроскопом.

Вальтер Флеминг

Уолтер Саттон

А в самом начале прошлого века американский биолог Уолтер Саттон (1876–1916) установил, что поведение хромосом при делении клетки замечательно согласуется с распределением наследственных признаков, описанных основоположником генетики Грегором Менделем. И в самом деле: каждый вид характеризуется строго определенным количеством хромосом, которое сохраняется у потомков, а при половом размножении в дочерние клетки всегда попадает одна хромосома от матери и одна от отца. В конце XIX столетия было установлено, что хромосомы построены из белков и нуклеиновой кислоты (от лат. nucleus – «ядро»). Нуклеиновые кислоты были открыты швейцарским биохимиком Фридрихом Мишером (1844–1895) в 1869 году, задолго до выяснения их роли в передаче наследственной информации. В то время (и вплоть до 1940-х годов) «молекулой жизни» считались белки, а нуклеиновым кислотам отводилась сугубо подсобная роль, что совсем неудивительно: белки были прекрасно изучены, а о нуклеиновых кислотах никто ничего толком не знал. Правда, выдающийся русский генетик Николай Константинович Кольцов (1872–1940) еще в 1927 году высказал предположение, что наследственные признаки передаются с помощью «гигантской наследственной молекулы, построенной, возможно, из двух зеркальных цепей», чем почти на 30 лет предвосхитил открытие двойной спирали ДНК. #Autogen_eBook_id20 Фридрих Мишер#Autogen_eBook_id21 Н. К. Кольцов

Тем не менее, большинство ученых продолжало отдавать пальму первенства белкам. Но вскоре им пришлось пересмотреть свои взгляды. В 1944 году американский бактериолог Освальд Эвери убедительно продемонстрировал, что за наследственные свойства любого организма отвечает дезоксирибонуклеиновая кислота, а в 1953 году британские ученые Джеймс Уотсон, Френсис Крик и Морис Уилкинс построили наглядную модель упаковки этой гигантской молекулы. #Autogen_eBook_id22 Освальд Эвери

Сегодня мы знаем, что все без исключения внутриклеточные процессы – от синтеза белков до размножения клеток – регулируются нуклеиновыми кислотами (они бывают двух типов – рибонуклеиновая – РНК и дезоксирибонуклеиновая – ДНК), а молекула ДНК содержит всю полноту генетической информации о каждом индивидуальном организме, будь то бактерия, человек или вирус. Как же устроена эта молекула жизни?Молекула ДНК представляет собой спиральную двухцепочечную структуру, закрученную вокруг своей оси. Цепочки (или нити) собраны из остатков сахаров, обломков фосфорной кислоты и азотистых оснований – так называемых нуклеотидов. Осколки фосфорной кислоты и сахаров образуют своего рода каркас молекулы, выступают в роли «сахарофосфатного» остова, напоминающего перила винтовой лестницы, а нуклеотиды располагаются внутри перил наподобие ступенек. Обе нити молекулы ДНК удерживаются друг около друга за счет водородных связей между азотистыми основаниями противолежащих нитей. Азотистые основания бывают пяти видов – аденин (A), гуанин (G), тимин (T), цитозин (C) и урацил (U), причем аденин всегда взаимодействует только с тимином, а цитозин – с гуанином. Урацила в молекуле ДНК нет, он входит в состав РНК вместо тимина.#Autogen_eBook_id23 Молекула ДНК

Другое отличие РНК от своей двоюродной сестры заключается в том, что центральным звеном сахаро-фосфатного остова у нее является сахар рибоза (отсюда и название – рибонуклеиновая ), тогда как в молекуле ДНК рибоза теряет один атом кислорода и превращается в дезоксирибозу . Наконец, молекула РНК у всех клеточных организмов состоит из одной-единственной нити и выполняет в клетке вспомогательные функции, а основным носителем генетической информации является ДНК. И только у некоторых вирусов она вполне самостоятельна и существует в виде двух цепочек.Уникальные последовательности нуклеотидов, объединенные в тройки – триплеты и насчитывающие десятки, сотни, а то и многие тысячи звеньев, представляют собой кодирующие участки молекулы ДНК – гены . Таким образом, морфологически и структурно ген – это фрагмент молекулы ДНК. Когда клетка собирается разделиться, она предварительно удваивает свой генетический материал. При этом молекула ДНК расплетается, и на каждой из нитей, как на матрице, происходит сборка дочерней нити, в точности повторяющей последовательность нуклеотидов родительской, ибо тимин всегда соединяется только с аденином, а цитозин – с гуанином. В результате появляются две идентичные дочерние ДНК, которые при делении (митозе) расходятся по разным клеткам. Кроме передачи признаков потомкам, ДНК занимается синтезом белка. В молекуле ДНК хранится наследственная информация о структуре всех без исключения белков, необходимых для нормальной жизни клетки. В клетках высших организмов – эукариот – ДНК располагается в ядре, а система рибосом, внутриклеточных органелл, на которых ведется сборка белка, находится в цитоплазме.Каким же образом информация с ДНК попадает на рибосомы?Сборка белка – многоступенчатый и трудоемкий процесс, и для успешного его осуществления ДНК нужен посредник, в роли которого выступает другое нуклеопротеидное соединение – уже знакомая нам рибонуклеиновая кислота (РНК), которая в клетках высших организмов всегда играет сугубо подсобную роль. В силу своей «однонитчатости» (двухцепочечная РНК, как мы помним, встречается только у некоторых вирусов), она не закручивается в спираль, а образует причудливые структуры в виде шпилек, петель, крестов, клубков и других геометрических фигур.Есть три типа РНК – информационная (ее еще называют матричной), рибосомальная и транспортная.#Autogen_eBook_id24 Синтез белка

Первым делом с молекулы ДНК снимается копия – матричная (информационная) РНК, причем каждому азотистому основанию ДНК соответствует комплементарное (буквально – дополнительное, а по сути – идентичное) азотистое основание РНК. Однако в отличие от репликации ДНК при делении клетки, когда копированию подвергается вся молекула целиком, при белковом синтезе копируются только лишь строго определенные участки материнской молекулы. Такое выборочное копирование приводит к тому, что матричная РНК-посредник всегда получается ощутимо короче своей родительницы. Затем она отходит от ядра в цитоплазму и приближается к рибосомам – своеобразным станкам по производству белка. Информационная РНК обычно формирует так называемый полисомный комплекс – своего рода матрицу, на которой, как в типографии с набранного шрифта, начинается печать свежих белковых молекул. А работу по доставке готовых строительных блоков (то есть аминокислот, из которых построены белки) выполняют транспортные РНК. Итак, сначала инструкция по синтезу белка переписывается на матричную РНК, а затем воплощается в материале на полирибосомном комплексе. Транспортные РНК, представляющие собой сравнительно небольшие молекулы, подтаскивают к растущей белковой цепочке все новые и новые аминокислоты (любой белок строится из аминокислот) и нанизывают их в точном соответствии с уникальной последовательностью нуклеотидов (азотистых оснований) матричной РНК.Различная последовательность нуклеотидов приводит к синтезу разных белков. Одна молекула белка собирается на рибосоме за 20–30 секунд, и чем больше рибосом включается в состав полисомы, тем больше молекул сходит с конвейера в единицу времени.Когда потребность в белковых молекулах определенного типа полностью удовлетворена, в дело вступает особый ген-регулятор. Он дает команду, и фрагмент ДНК, отвечающий за синтез этого белка, прекращает свою деятельность до тех пор, пока клетка снова не ощутит в нем потребность. Этот классический механизм обратной связи отшлифован в длинном ряду поколений до немыслимого совершенства.Остается добавить, что у всех современных организмов – от вирусов до высших млекопитающих – система «ДНК – РНК – белок» функционирует с помощью большого количества ферментов-катализаторов, без которых многоступенчатый процесс белкового синтеза немедленно скисает. Ни одна нуклеиновая кислота не умеет копировать себя самостоятельно.

А теперь поговорим о генах. Учебники генетики 20–30-летней давности утверждали, что у человека должно быть около миллиона генов. Цифра явно взята с потолка, потому что к тому времени были расшифрованы генотипы только самых примитивных одноклеточных живых существ. Поскольку у бактерий количество генов колеблется от нескольких сотен до двух-трех тысяч, молекулярные биологи рассудили, что у человека их будет по крайней мере на два порядка больше. По прошествии нескольких лет специалисты пересмотрели свои позиции и остановились на том, что в геноме человека примерно 140 тысяч значащих генетических последовательностей – то есть генов, кодирующих какие-либо белки.Но и эта цифра оказалась чересчур оптимистичной. Когда в начале XXI века человеческий геном был полностью расшифрован и описан, выяснилось, что генов у нас с вами всего-навсего 20–25 тысяч, то есть практически столько же, сколько у белых мышей. Тогда же пришлось отказаться от классической догмы молекулярной биологии: «один ген – один фермент». Ведь оказалось, что бо ´льшая часть ДНК простаивает без дела и неизвестно чем занимается. Но в этом случае возникает закономерный вопрос: почему экономная природа не избавилась от ненужного хлама и продолжает его бережно хранить? Значит, он для чего-то все-таки нужен?..О том, что гены бывают структурные и функциональные, ученые знали еще давно. Со структурными генами все более или менее ясно – они определяют последовательность аминокислот в полипептидной цепочке, то есть занимаются своим прямым делом – синтезом белков и ферментов. Функциональные гены не вмешиваются в рутинную процедуру белкового синтеза, но они контролируют деятельность других генов, оперативно включая и выключая те или иные внутриклеточные процессы. (Вспомним, например, ген-оператор, который в нужный момент приостанавливает синтез белкового продукта.)И функциональные, и структурные гены относятся к кодирующей части молекулы ДНК, но исследования последних лет показали, что от 98 до 99 % генома (то есть почти вся молекула ДНК) приходится на так называемый джанк (от англ. junk – «хлам, отбросы»), то есть на бесполезный балласт – внегенные участки ДНК, никак не связанные ни с продукцией белков или ферментов, ни с регуляторной деятельностью функциональных наследственных структур. Как известно, геном человека практически идентичен геному высших приматов (совпадение около 98 %).Но это касается только кодирующих последовательностей (функциональных и структурных генов). А вот удельный вес «мусорной» ДНК у человека не идет ни в какое сравнение с аналогичным показателем других видов. Почему так – в точности никто не знает, но всякий экстраординарный факт, даже не имеющий внятного объяснения, заслуживает пристального внимания.Быть может, всему виной зигзагообразная эволюция нашего вида, оставившая нам в наследство генетический мусор? А может быть, избыточный джанк – вовсе не мусор, а ценное эволюционное приобретение, которое позволило виду Homo sapiens оставить позади сообразительных обезьян, так и не овладевших речью. Как говорится, поживем – увидим.Во всяком случае, уже сегодня ясно, что внегенные фрагменты ДНК далеко не бесполезны. Во-первых, они принимают самое активное участие в образовании молекул РНК, которые формируют несущий каркас рибосом – внутриклеточных «фабрик», отвечающих за синтез белка. Во-вторых, с их подачи рождаются на свет очень маленькие молекулы РНК (так называемые микро-РНК ), которые постоянно вмешиваются в работу полноценных генов. Наконец, в джанке прячутся транспозоны – своего рода диверсанты, способные к примитивной белокпроизводящей деятельности. Предполагают, что это осколки древних вирусов, которые встроились в человеческую ДНК еще в незапамятные времена. Автор ряда научно-популярных книг Рафаил Нудельман утверждает:

...

Вполне вероятно, что основательная «замусоренность» ДНК высших организмов как раз и является главной причиной многоэтапной передачи наследственной информации в клетках эукариот. В прокариотах матричная РНК образуется на молекулах ДНК без всяких сложностей и немедленно приступает к синтезу белка на рибосомах. А вот в ядерных клетках все совершенно иначе. Сначала они синтезируют неполноценную предшественницу матричной РНК, а потом подвергают ее решительному усекновению с помощью ферментативного аппарата. Ферменты режут молекулу РНК на короткие цепи, бо ´

льшая часть которых распадается, после чего «огрызок», избавленный от ненужных пустот, выходит из ядра в цитоплазму и берется за дело. Этот процесс называется «созреванием РНК».

При внимательном изучении мусорная свалка внегенной ДНК обернулась настоящим золотым дном. Чуть больше года назад в джанке нашли удивительные микроскопические фрагменты – снипсы (от англ. SNP, single-nucleotide polymorphism – «однонуклеотидный полиморфизм»). Чтобы разобраться в этом, нужно сначала вспомнить, что молекула ДНК (и ген как ее часть) построена из азотистых оснований четырех типов – аденина (A), тимина (T), цитозина (C) и гуанина (G).

Дальше предоставим слово Рафаилу Нудельману:

...

Поскольку в человеческом геноме содержится как минимум около трех миллиардов нуклеотидов, а снипсовые замены составляют примерно один процент, не составит большого труда отыскать по крайней мере около 30 миллионов точечных локусов, где имеется некоторый вполне ощутимый разнобой. Другими словами, индивидуальный снипсовый профиль – вещь вполне реальная, поскольку число возможных сочетаний однонуклеотидных замен астрономически велико. Это напоминает дактилоскопию, но только на уровне тонких генетических расхождений, поскольку совершенно невозможно себе представить двух разных людей с абсолютно идентичным снипсовым профилем.

Если бы все дело ограничивалось впечатляющими, но бесполезными цифрами, снипсам не уделили бы должного внимания. Однако совсем недавно выяснилось, что эти неуловимые различия ассоциированы с генетической предрасположенностью людей к тем или иным болезням. Речь, разумеется, не о том, что снипсы могут выступать в роли неких болезнетворных генов. Они всего лишь маркеры, своего рода опознавательные метки некоторых патологических состояний, помогающие специалистам выявить болезнь, вызываемую совокупным действием нескольких генов.

На подозрении оказались сахарный диабет обоих типов [8] , некоторые разновидности злокачественных новообразований, глаукома, различные аутоиммунные болезни, рассеянный склероз и т. д. Поскольку во всех этих случаях удалось выявить статистически значимую связь «снипсового профиля» человека с его предрасположенностью к той или иной болезни, на повестку дня встал вопрос о тестировании граждан на предмет вероятности подцепить какую-нибудь хворь.

Иными словами, речь идет о своего рода генной диагностике, что позволит в перспективе подбирать лечение индивидуально. Например, абсолютной реальностью станет прицельная фармакотерапия, когда лекарственные препараты будут назначать в зависимости от чувствительности к ним больного. Но ведь можно поступить куда более радикально: научиться ремонтировать дефектные гены или, по крайней мере, вычеркивать из генома те из них, которые отвечают за тяжелые наследственные недуги. Однако сначала нужно как следует разобраться с взаимовлиянием генотипа и среды обитания, вычислить удельный вес наследственно обусловленных качеств.

Классическая формула «ДНК – РНК – белок» сегодня выглядит довольно наивной. Реальная картина оказалась гораздо сложнее. Помните микро-РНК, которые вмешиваются в работу генов? Сначала их обнаружили у растений и некоторых примитивных животных вроде круглого червя C. elegans [9] – крохи около миллиметра длиной. Микро-РНК (они и в самом деле очень невелики и состоят всего из 21–25 оснований) связываются с путешествующей в цитоплазме матричной РНК и блокируют ее работу. На матричной РНК, как мы помним, записана инструкция по производству белка, но если к ней прицепилась микро-РНК, белковый синтез тормозится. Налицо прямое воздействие на генетический аппарат клетки (ибо гены в первую очередь заняты регуляцией синтеза белка), о котором совсем недавно цитологии даже не подозревали!

Чуть более 10 лет назад микро-РНК обнаружили и у человека. На сегодняшний день в человеческом геноме найдено около 700 микро-РНК, и по оценкам ученых, скоро это число дойдет до 1000. Между тем у нас всего лишь около 20 тысяч генов, кодирующих белки. Если же допустить, что каждая микро-РНК может влиять на работу нескольких генов (установлено, что они могут связываться сразу с несколькими типами матричной РНК), то под контроль этих крошечных молекул попадает треть человеческого генома. Одним словом, перед нами система регуляции невообразимой сложности, поскольку микро-РНК влияют не только на матричную РНК, но и друг на друга.

Уже нащупываются терапевтические подходы, использующие микро-РНК. Например, блокируя miR122, можно регулировать синтез холестерина и лечить гепатит. Опыты на животных показали: уровень холестерина в крови снижается на 40 %. Онкологи тоже заинтересовались малыми РНК, поскольку выяснилось, что при некоторых лейкозах они синтезируются в повышенных количествах. Если же их заблокировать, то можно затормозить опухолевый рост. А при других формах рака наблюдается падение уровня микро-РНК, причем именно таких, которые подавляют активность онкогенов. Кроме того, введение некоторых микро-РНК повышает чувствительность опухолевой ткани к радиации и химиотерапевтическим препаратам. А совсем недавно было показано, что малые РНК определенного типа способны блокировать работу генов вируса иммунодефицита человека (ВИЧ). Вполне вероятно, что лет через восемь-десять появятся первые лекарственные препараты на основе микроРНК для лечения СПИДа и рака.

При слове «бактерия» у людей, далеких от биологии, возникают самые неприятные ассоциации. На памяти человечества – жуткие инфекционные напасти вроде опустошительной эпидемии «черной смерти», выкосившей в XIV столетии более 30 % населения Европы. Но это только средние цифры: в Норвегии умерли четыре пятых всего населения, а некоторые европейские страны совершенно обезлюдели. По мнению специалистов, это была вторая пандемия [10] чумы. Первая случилась в Византии, в годы правления императора Юстиниана (VI век новой эры), и потому называется юстиниановой. Третья пандемия пришлась уже на вполне исторические времена. Она началась в Гонконге в 1894 году и растянулась почти на три десятилетия, захватив большие портовые города. Именно тогда был открыт возбудитель инфекции – палочка под названием Yersinia pestis.

Микробиология делала большие успехи, но и в новые времена вспышки инфекционных болезней всегда были непременными спутниками социальных потрясений. Достаточно вспомнить хотя бы азиатскую холеру, разразившуюся в Европе в середине XIX века, или тифы – брюшной и сыпной – на фронтах Первой мировой и Гражданской войны. И даже сегодня, когда большинство грозных инфекций вроде бы давным давно канули в небытие, мы продолжаем сталкиваться с сальмонеллами, вызывающими тяжелые пищевые отравления, или с вездесущими стафилококками, прозванными чумой XX века.

Чумная палочка под микроскопом

Однако не стоит демонизировать микробов. Уже к началу ХХ века биологи знали, что бактерии распространены повсеместно, а совокупность их маленьких тел образует тот незримый фундамент, на котором покоится весь органический мир [11] . Если этот микробный фундамент необратимо разрушить, то через короткое время рухнет и вся величественная пирамида жизни на планете Земля. Разумеется, патогенные (болезнетворные) бактерии способны доставить человеку массу неприятностей, но все же бо́льшая часть микробов приносит нам скорее пользу, чем вред. Огромное количество различных микроорганизмов населяет почву. По некоторым оценкам, в одном грамме плодородного чернозема их содержится несколько миллиардов. На одном гектаре пахотной земли проживает около трех тонн микробов! А суммарная масса всех микробов нашей планеты примерно в 25 раз превышает массу всех животных.Функции этих крох многообразны. Например, так называемые клубеньковые бактерии, или ризобии, селятся на корнях бобовых растений и специализируются на фиксации атмосферного азота, который растению жизненно необходим. Такое взаимовыгодное сотрудничество называется симбиозом . Растение снабжает клубеньковые бактерии питательными углеводами, а взамен получает азот, ценные витамины и некоторые вещества роста. Естественно, бобовые – не единственные растения, сумевшие «приручить» полезных азотфиксаторов, поскольку ботаникам известны по крайней мере шесть семейств высших цветковых растений, которые охотно прибегают к услугам одноклеточных накопителей азота. Правда, природа этих симбионтов пока окончательно не установлена. #Autogen_eBook_id27 Клубеньковые бактерии (ризобии) под микроскопом

Организмы животных – от членистоногих до человека – тоже основательно «нафаршированы» разнообразной микрофлорой. Пугаться этого не стоит, ибо в абсолютном большинстве случаев это не вторжение извне безжалостного врага, а взаимовыгодный симбиоз, обеспечивающий виду эволюционное преимущество. Например, термиты способны запросто переваривать не только древесину, но и всякие другие малосъедобные вещи. Причем исключительно благодаря постоянным обитателям их задней кишки – жгутиконосцам, спирохетам и бактериям. Состав кишечной микрофлоры термита уникален и не встречается у насекомых других видов. Если «постояльцев» кишечника термита убить (такие опыты неоднократно проделывались), и посадить искалеченное насекомое на привычную диету из древесных опилок и фильтровальной бумаги, то оно довольно быстро погибнет.Очевидно, что секрет пищеварения этих удивительных насекомых теснейшим образом связан с естественными обитателями их кишечника. Когда ученые догадались высадить одноклеточных симбионтов термита на питательную среду, то без труда сумели получить особый фермент, эффективно разлагающий целлюлозу.А электронно-микроскопическое исследование кишечника термитов позволило обнаружить целый зоопарк, работающий в поте лица над перевариванием пищи. Главной фигурой кишечного симбиоза оказался жгутиконосец, облепленный со всех сторон колышущимися спирохетами и палочковидными бактериями, а внутри его тела удалось разглядеть еще какие-то мелкие бактерии. Дружные усилия этой компании позволяют термиту с легкостью переваривать самые невообразимые вещи.В человеческом организме бактерий тоже хоть отбавляй. Подсчитано, что в одном кубическом сантиметре желудочного содержимого обитает примерно 25 тысяч бактерий, а в одном грамме содержимого толстого кишечника (попросту говоря, в каловых массах) их на несколько порядков больше – до 30–40 миллиардов. По мнению специалистов, одноклеточные организмы, населяющие полости и ткани человека, представлены более чем 250 видами различных микробов.Разумеется, все это гигантское бактериальное сообщество – отнюдь не бесполезные нахлебники, а наши верные друзья, добросовестно и неутомимо синтезирующие аминокислоты, витамины и ферменты, жизненно необходимые для нашего повседневного существования. Они выполняют и важную барьерную функцию, противодействуя вторжению патогенных микроорганизмов – дизентерийных, брюшнотифозных, гнилостных и прочих. Более того, сбалансированная и разнообразная кишечная микрофлора – бесспорный показатель здоровья.#Autogen_eBook_id28 Микрофлора кишечника человека под микроскопом

К сожалению, мы часто относимся к нашим симбионтам без должного уважения. Едва ли нужно напоминать, что неумеренный прием антибиотиков по поводу и без повода, выкашивающий целые популяции полезных микроорганизмов, сплошь и рядом приводит к развитию тяжелого дисбактериоза, справиться с последствиями которого оказывается весьма и весьма непросто. Бактерии, как мы помним, относятся к числу доядерных организмов – прокариот, ибо оформленного ядра у них нет. Их ДНК, которую принято называть нуклеоидом , или бактериальной хромосомой (хотя с хромосомами эукариотических клеток она не имеет ничего общего), представляет собой собранную в клубок двойную спираль, замкнутую в кольцо. Этот эквивалент клеточного ядра свободно плавает в цитоплазме, не имеет собственной мембраны и не содержит белков, хотя обычно зафиксирован на мембране бактериальной клетки. При этом гены внутри нуклеоида расположены в линейном порядке, как и в клетке эукариот, а сам нуклеоид в функциональном отношении полностью соответствует геному ядерной клетки. Кроме того, в клетках прокариот встречаются небольшие кольцеобразные фрагменты ДНК, никак не связанные с нуклеоидом, – так называемые плазмиды . В бактериальных клетках нет органелл, типичных для эукариотических клеток, – ни хлоропластов, ни митохондрий, ни центриолей. А рибосомы (структуры, отвечающие за белковый синтез) свободно плавают в цитоплазме, поскольку аналог эндоплазматической сети в клетках прокариот отсутствует. Размножаются они тоже иначе – амитотически, путем простого бинарного (поперечного) деления. Сначала происходит удвоение нуклеоида, причем оно всегда начинается в точке прикрепления к цитоплазматической мембране, где локализован ферментативный аппарат, за нее отвечающий. Редупликация (удвоение) ДНК запускает механизм синтеза клеточной стенки, которая растет от периферии к центру. Образуется перетяжка, и бактерия делится пополам. Деление может осуществляться не только в одной, но и в нескольких плоскостях, и тогда возникают клеточные цепочки или скопления различной формы. Вариантом бинарного деления является почкование, когда на теле материнской клетки образуется увеличивающийся вырост. Достигнув величины материнской клетки, почка отшнуровывается. В среднем бактерии делятся каждые 20 минут.Итак, бактерия гораздо примитивнее эукариотической клетки, но рядом с вирусом она – воплощение сложности, уникальная фабрика, нацеленная на бесперебойный выпуск сотен различных белков и ферментов. А вирус даже клеточного строения не имеет. Все, что у него есть, – это молекула нуклеиновой кислоты, упакованная в белковую оболочку. Но такая конструктивная простота имеет и отрицательную сторону: чтобы продолжить свой род, вирус должен просочиться в живую клетку и завладеть всеми ее ресурсами. Без посторонней помощи он размножаться не умеет. Вне клетки-хозяина вирус мертв и не обнаруживает никаких признаков жизнедеятельности. Вирусологи называют своих подопечных строгими (облигатными) паразитами, поскольку весь их жиз ненный цикл неотделим от клетки, в которую они стремятся проникнуть.Вирусы гораздо мельче бактерий и вообще любых одноклеточных микроорганизмов – от грибов до простейших. Поэтому их величину измеряют не в микронах, то есть миллионных долях метра, а в нанометрах (нм) – миллиардных долях метра. Другими словами, нанометр в тысячу раз меньше микрона. Например, поперечник амебы составляет примерно 50 микрон, а размеры вируса полиомиелита находятся в пределах 27–29 нанометров, то есть «по росту» он меньше амебы почти в две тысячи раз. Понятно, что отношение объемов их тел выражается еще большей цифрой со многими нулями. Самые большие вирусы достигают величин вполне «бактериальных» – например, вирус оспы человека и животных вырастает до 300 нм.Разнообразием форм вирусные частицы ( вирионы ) не отличаются: чаще всего они похожи на миниатюрные шарики с выростами на поверхности или без них, а вирусы растений часто напоминают вытянутый цилиндр. Скажем, длина цилиндра вируса табачной мозаики достигает 350 нм, но разглядеть его в оптический микроскоп все равно невозможно, поскольку толщина этого цилиндра не превышает 15 нм. Нить с практически нулевой поперечной размерностью увидеть, естественно, нельзя. #Autogen_eBook_id29 Вирусы под микроскопом

Однако ничтожные размеры большинства вирусов – далеко не самое удивительное. Гораздо интереснее тот факт, что они – единственные на Земле живые организмы, не имеющие клеточного строения. Вирус устроен настолько просто, что больше напоминает какой-то механизм, а не живое существо. В сердцевине вирусной частицы лежит нуклеиновая кислота, окруженная снаружи белковыми молекулами, которые образуют своего рода защитный чехол – капсид . Белки (или белок) оболочки вируса, как и любые другие белки, сотканы из аминокислот, уложенных в длинные цепочки. Капсид – не монолитная конструкция: он построен из отдельных субъединиц ( капсомеров ), которые состоят, в свою очередь, из одной или нескольких идентичных или разных полипептидных цепей. Генетический материал в центре вириона может быть представлен любой из нуклеиновых кислот – как ДНК, так и РНК, и по этому параметру вирусы подразделяются на ДНК-содержащие и РНК-содержащие. Вирусы различаются между собой не только по размерам, форме и строению генома (вирусная ДНК или РНК есть не что иное, как геном), но и по уровню сложности своей структуры. Если наиболее мелкие и простые вирусы состоят из обособленной молекулы РНК и белка, то у крупных вирионов можно обнаружить многослойную «упаковку», в состав которой входят не только белковые молекулы, но углеводы и липиды.Например, конструкция бактериофагов [12] , по форме напоминающих головастика или гимнастическую булаву, включает в себя шаровидную головку, где помещается нуклеиновая кислота, и полый чехол в виде длинного хвоста, собранный из молекул белка. С помощью этого выроста бактериофаг прикрепляется к оболочке бактериальной клетки, прокалывает клеточную мембрану и впрыскивает, как через шприц, свою нуклеиновую кислоту в цитоплазму бактерии.А вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), возбудитель СПИДа, представляет собой шарик диаметром 100 нм, поверхность которого утыкана многочисленными отростками, похожими на шляпки обойных гвоздей или головки шурупов. Это вирусный белок – гликопротеид, белково-углеводный комплекс (биологи обозначают его как gp 120), от которого зависит не только адсорбция (поглощение) вируса клеточной мембраной (а следовательно, начало инфекционного процесса), но и необычайная изменчивость вируса. Гликопротеидные «гвозди» пронизывают оболочку вируса и образуют под ней сложное переплетение, своего рода вироскелет, который сохраняет форму вириона и удерживает в определенном положении вирусную «начинку» – геном вируса.#Autogen_eBook_id30 Вирус иммунодефицита человека под микроскопом

Итак, даже относительно крупные и сложно организованные вирусы несопоставимо примитивнее любой клетки и гораздо меньше ее по размерам. Но тогда немедленно возникает вопрос: почему живая клетка, это воплощение гибкости и неприхотливости, замечательно умеющая выживать в горячих водах термальных источников и на арктическом льду, уникальная миниатюрная фабрика по бесперебойному синтезу белков и ферментов, так легко сдается на милость победителя? Почему она не в силах успешно противостоять столь незначительному врагу, которого и живым-то назвать можно с очень большой натяжкой? Чтобы разрешить этот парадокс, необходимо как следует разобраться в механизме репродукции убийц-невидимок. На заре вирусологии ученые договорились считать, что вирусы – просто очень маленькие бактерии, размножающиеся вполне традиционно, посредством элементарного поперечного деления, когда из одной клетки образуются две, из них – четыре, и т. д. Наибольшая скорость деления, доступная бактериальным клеткам, исчисляется тремя удвоениями в час, и если бы вирус вел себя аналогично, то его потомство за три часа последовательных удвоений составило бы не более тысячи вирионов.Но когда ученые сумели наконец вычислить истинный темп накопления вирионов в клетке, от стандартной модели не осталось и следа. Опыты с бактериофагами показали, что вирионы размножаются в 100 тысяч раз быстрее бактерий, давая уже через три часа потомство в 100 миллионов вирусных частиц. Стало ясно, что механизм репродукции вирусов не имеет ничего общего с «пополамным» делением бактерий.#Autogen_eBook_id31 Д. И. Ивановский

Ученым пришлось вплотную заняться изучением жизненного цикла вирусов. Выяснилось, что на стадии вириона (или вироспоры ), то есть до проникновения в клетку, вирус не обнаруживает никаких признаков жизнедеятельности. В связи с этим в науке до сих пор нет единого мнения о том, можно ли вирусы на этой стадии считать живыми. Более того, некоторые вирусы способны к кристаллизации (например, кристаллы вируса табачной мозаики впервые обнаружил еще Д. И. Ивановский), но стоит им только проникнуть в клетку, как они немедленно «оживают».

...

Таким образом, вирусы представляют собой «переходный этап» между миром живых организмов и миром мертвой органики, а вироспора – лишь одна из форм существования вируса.

После соприкосновения с клеткой в жизненном цикле вирусов можно выделить следующие несколько фаз: фаза адсорбции (прикрепления вируса к клетке), фаза внедрения, латентная фаза, фаза образования нового поколения вирусов, фаза выхода вироспор.

Процесс начинается с избирательной адсорбции вируса на особых рецепторах, расположенных на поверхности клетки. При этом одни вирусы, имеющие в своем арсенале специальный фермент проникновения (наподобие нейраминидазы у вируса гриппа), активно внедряются внутрь, растворяя клеточную стенку мишени, а другие ведут себя пассивно и не торопят события: клетка проглотит их сама, приняв за вкусную и здоровую пищу.

Оказавшись внутри, вирус перестает существовать – это как раз и есть латентная фаза. Он истаивает, как призрак, бесследно исчезает в буквальном смысле этого слова, и отныне уже никакими самыми чувствительными методами в клетке не удается обнаружить ни цельной вирусной частицы, ни отдельных ее компонентов. Эта фаза его жизненного цикла настолько необычна, что даже получила особое название – эклипс (от греч. ekleipsis – «исчезновение, затмение»). Кажущееся исчезновение вируса объясняется просто: просочившись в клетку, вирион сбрасывает толстую белковую оболочку и освобождает свою нуклеиновую кислоту. Весьма примечательно, что процедуру «разоблачения» осуществляет сама клетка – с помощью набора ферментов, которые атакуют вирусную частицу с целью лизировать (растворить) и скушать питательный белок. По окончании «трапезы» клетка встречается лицом к лицу с вирусной нуклеиновой кислотой, и это определяет всю последовательность дальнейших событий.

Когда вирус проникает в клетку, великолепно отлаженная схема белкового синтеза немедленно дает сбой, поскольку все процессы внутриклеточного обмена ставятся под неусыпный контроль вирусной нуклеиновой кислоты. Вместо того чтобы синтезировать белки, необходимые для собственной нормальной жизнедеятельности, клетка начинает усердно тиражировать вирусные частицы. Все ресурсы, имеющиеся в наличии, пускаются на бессмысленное производство сотен тысяч вирионов, и клетка, по сути дела, превращается в автоматическую фабрику по сборке своих убийц, так как многочисленное потомство внедрившегося вируса, стремясь выйти наружу, расплавляет клеточную стенку.

Дело в том, что информация, закодированная в вирусной РНК (или ДНК, в данном случае это роли не играет), является для клетки приказом столь жестким и непреложным, что клетка не принимает во внимание сопротивление собственных нуклеиновых кислот. В ходе недавних исследований было установлено, что вскоре после проникновения вируса в клетку начинается синтез особого белка-ингибитора, который подавляет нормальное функционирование клеточной ДНК. В результате передача информации, необходимой для внутриклеточных процессов биосинтеза, сразу же приостанавливается. Практически одновременно с этим рождается фермент, бесповоротно разрывающий полисомные комплексы, где шла белковая сборка, а еще один фермент под названием полимераза (или синтетаза) окончательно берет под контроль процесс снятия копий с внедрившейся вирусной РНК.

Известный вирусолог А. А. Смородинцев отмечает:

...

Но бывает, что вирусы выкидывают и куда более сложные коленца. Например, семейство ретровирусов, к числу которых относятся возбудители некоторых лейкозов, так называемых медленных инфекций и знакомый всем вирус СПИДа, довело тактику скрадывания до немыслимого совершенства. Когда вирус СПИДа проникает в клетку, он сбрасывает защитный белковый чехол, а на его РНК начинается синтез другой нуклеиновой кислоты – ДНК. Все шиворотнавыворот! Этот процесс называется обратной транскрипцией (его поддерживает специальный фермент – обратная транскриптаза , или ревертаза ).

Новоиспеченная вирусная ДНК встраивается в хромосому хозяйской клетки. В такой латентной (скрытой) форме она, никак себя не обнаруживая, может пребывать неограниченно долго – вплоть до естественной смерти зараженного. Но предсказать заранее, как именно поведет себя внедрившийся вирус, невозможно. Из латентной формы он с легкостью переходит в активную фазу и начинает деятельно реплицироваться. Теперь РНК синтезируется на матрице ДНК (это уже механизм прямой, а не обратной транскрипции), а на базе РНК, в свою очередь, собираются вирусные белки. Через короткое время вирус созревает и, покрывшись оболочкой, выходит в кровь. При низком уровне размножения существование паразита в организме больного только поддерживается (таких больных называют вирусоносителями), а при высоком – развивается СПИД в классической форме, рано или поздно неизбежно приводящий к смерти.

Итак, инфекционные свойства вируса связаны с его нуклеиновой кислотой, что поначалу специалистами было встречено с недоверием. Многие ученые долгое время полагали, что истинными виновниками патологического процесса являются не нуклеиновые кислоты как таковые, а белки оболочки вируса. Потребовались годы и десятилетия кропотливых экспериментов, чтобы понять, как все происходит на самом деле. Белковый чехол помогает вирусу проникнуть в клетку, и на этом его функция исчерпывается, а вот репродукция вирионов – целиком и полностью заслуга вирусной нуклеиновой кислоты. Другое дело, что в естественных условиях «голая» РНК никогда не сумеет проникнуть через неповрежденную клеточную стенку (такая задача по плечу только цельной вирусной частице), но управляет всем именно она. Причем в корне неверно рассматривать внутриклеточную репродукцию вируса в качестве самостоятельной работы клетки, хотя на первый взгляд может показаться, что дело именно так и обстоит. Но это всего лишь иллюзия, ибо в действительности всем цитоплазматическим хозяйством командует вирус, а биосинтетические системы клетки подчиняются ему, расходуя строительный материал.

Тем не менее многоклеточные организмы сумели выжить (чему примером служит наше с вами существование), значит, в клетке имеются надежные механизмы противодействия вирусной инфекции. В противном случае неутомимые агрессоры, умеющие размножаться в сотни тысяч раз быстрее любой бактерии, давным-давно истребили бы все живое на планете.

Как же работает этот загадочный механизм и какое он имеет отношение к хорошо изученным иммунным реакциям типа «антиген – антитело»?

Примерная схема работы антимикробного иммунитета в общих чертах ясна и выглядит следующим образом. Когда бактерия проникает в наш организм, ее белки распознаются иммунной системой как «не свои», чужеродные, потому что любая клетка (бактериальная или клетка нашего тела – роли не играет) несет на своей поверхности индивидуальные метки – так называемые антигенные детерминанты. Рисунок этих маркеров уникален для каждого организма, даже если они принадлежат к одному виду (единственное исключение – однояйцевые близнецы, поскольку они являются генетическими двойниками). Таким образом, бактерия-агрессор выступает в качестве антигена – вещества, стимулирующего иммунную систему к выработке антител – особых белковых молекул, которые атакуют и уничтожают эту бактерию. Это и есть реакция «антиген – антитело».

Образовавшиеся антитела в высокой степени специфичны, то есть направлены против той инфекции, которая вызвала их продукцию. Поскольку вирус заключен в белковый чехол, он тоже является антигеном, поэтому резонно предположить, что иммунная система будет отвечать на его внедрение аналогично. И действительно, человек, переболевший корью (а корь – это вирусная инфекция), никогда не заражается ею повторно, так как приобретает по отношению к ней стойкий иммунитет.

Вирус гриппа, атакующий здоровую клетку организма

Поэтому ученые долгое время считали, что и при вирусных инфекциях выздоровление обеспечивается в первую очередь специфическим иммунитетом, за счет классической реакции «антиген – антитело». Однако при этом напрочь игнорировались два весьма важных факта, которые буквально бросаются в глаза. Во-первых, хорошо известно, что антитела образуются и поступают в кровь только через несколько дней после заражения, так как иммунной системе необходим определенный срок, чтобы идентифицировать вирус и выработать достаточное количество антител.Но темп репродукции вируса многократно превышает скорость размножения бактериальных клеток. Картина складывается удручающая: в первые два-три дня болезни несметные полчища вирионов успевают «заселить» едва ли не все клетки потенциальной жертвы, а иммунная система безнадежно опаздывает. Антител будет слишком мало, и они просто-напросто не сумеют нейтрализовать вирус.Во-вторых, антитела могут связывать вирус только в том случае, если он локализован вне клетки – в крови или лимфе. Проникнуть в зараженную вирусом клетку им не под силу, хотя они вполне успешно препятствуют его внедрению в чувствительную ткань.Итак, мало того, что популяция антител оказывается весьма немногочисленной, они вдобавок должны успеть перехватить вирус в тот момент, пока он еще находится в сосудистом русле. Если вирус уже обосновался в клетке, иммунная система бессильна.Но тогда немедленно возникает вопрос: коль скоро реакция «антиген – антитело» не поспевает за вирусом, как же наш организм побеждает инфекцию?Все мы не по одному разу болели гриппом и, слава богу, живы-здоровы. Да что там грипп! Даже при таких тяжелейших вирусных заболеваниях, как натуральная оспа, клещевой энцефалит или желтая лихорадка, погибают далеко не все инфицированные. Очевидно, должен существовать некий механизм, который в первые часы после заражения оперативно перехватывает вирус и тормозит его внутриклеточную репродукцию, пока образование специфических антител только-только начинает набирать обороты.Такой механизм вскоре действительно удалось обнаружить. В 1930-х годах группа американских ученых, работавших с вирусом желтой лихорадки, обратила внимание на весьма примечательный факт. Если обезьяне незадолго до заражения желтой лихорадкой ввести какой-нибудь другой, малоопасный, вирус (он может быть вирусом совершенно иного типа), то болезнь не развивается вовсе. Эксперименты на других животных – рыбах, птицах, рептилиях и млекопитающих (на человеке в том числе) – дали тот же результат.Сомнений больше не оставалось: в клетках нашего организма присутствует некий «фактор икс», таинственный противовирусный агент с широким спектром действия, способный при инфицировании вирусом одного типа вызывать устойчивость к вирусу другого типа (даже неродственному). В медицине появился новый термин – интерференция , позаимствованный из точных наук [13] . Если классическая реакция «антиген – антитело» отличается высокой избирательностью (при заражении корью антитела направлены только против вируса кори, но никак не против эпидемического паротита или ветряной оспы), то феномен интерференции, наоборот, предельно неспецифичен: инфицированная клетка начинает продуцировать низкомолекулярный белок, подавляющий репродукцию любых вирусов.Однако идентифицировать этот белок удалось далеко не сразу, поэтому многие ученые настаивали на том, что загадочный феномен объясняется элементарной конкуренцией, когда один вирус отбирает у другого захваченную территорию.Только в 1957 году английские ученые А. Айзекс и Д. Линденман, работавшие с вирусом гриппа, сумели наконец выделить «фактор икс» в чистом виде. Оказалось, что синтез интерферона (так назвали новый белок) напрямую связан с вирусной агрессией, поскольку в интактных (неинфицированных) клетках его обнаружить не удалось. Синтез интерферона начинается сразу же после внедрения вируса в клетку и занимает всего лишь от двух до шести часов, так что вирусному потомству при всем желании за ним не угнаться. Кроме того, небольшие молекулы интерферона без труда проникают через клеточную оболочку. Таким образом, пока вирус еще только готовится приступить к делу, легкие молекулы успевают созреть, покинуть клетку, выйти в межклеточное пространство и просочиться в соседние клетки. Интерферон работает на опережение и напоминает группу быстрого реагирования или бдительную погранзаставу, которая первой принимает удар на себя и ведет бой, дожидаясь подхода основных сил.Но что является непосредственным толчком к началу синтеза интерферона?Когда вирус разоблачается, сбрасывая белковый чехол и освобождая свою нуклеиновую кислоту, клетка воспринимает эти действия как сигнал тревоги. Дело в том, что вирусная двунитевая РНК в клетке представляет собой чужеродный объект, поскольку собственные клеточные РНК, как мы помним, всегда построены из одной-единственной цепочки. Как только вирусная нуклеиновая кислота превращается в матрицу, готовую для снятия новых копий вирионов, клетка реагирует незамедлительно. Получив сигнал опасности, она включает так называемый ген-оператор, который запускает образование информационной (матричной) РНК, и на внутриклеточных полисомах – органеллах, отвечающих за синтез белка, – начинается сборка легких молекул интерферона. В дальнейшем события развиваются по описанному выше сценарию: синтез молекул интерферона значительно опережает темп репродукции вируса, и непрошеному гостю приходится несладко.#Autogen_eBook_id33 Молекулы интерферона

Теперь посмотрим, как интерферон расправляется с вирусом. Антитела, как известно, просто находят и уничтожают пришельца, а вот механизм действия интерферона принципиально иной, что и было установлено в специальных исследованиях. Этот белок не вступает в прямой контакт с паразитом, он воздействует на синтетический аппарат клетки таким образом, что тот становится непригодным для репродукции вируса.Полной ясности в этих вопросах пока нет. Вероятно, интерферон запускает группу «спящих» генов, отвечающих за синтез особых матричных РНК, с помощью которых клетка строит антивирусный белок. Когда этот белок присоединяется к рибосоме, ее конфигурация меняется таким образом, что становится непригодной для сборки новых поколений вирионов. При этом все синтетические процессы, необходимые для нормального функционирования самой клетки, полностью сохраняются. Одним словом, клетка превращается в своеобразную ловушку, куда вирус без особого труда проникает, но произвести на свет потомство оказывается не в состоянии.#Autogen_eBook_id34 Молекула антитела

Весьма примечательно, что молекулы интерферона напрочь лишены какого-либо побочного действия и подавляют размножение практически всех известных вирусов, чем выгодно отличаются от самых эффективных антибиотиков. Антибиотики широкого спектра действия оказывают влияние на очень многие возбудители бактериальной природы, но против вирусов они бессильны. В первые часы и дни после внедрения вирусных частиц за дело принимается именно интерферон, что весьма важно в тех случаях, когда организм встречается с каким-либо вирусом впервые и потому не имеет к нему готовых антител. Нужно заметить, что активность натуральных противовирусных белков подвержена заметным возрастным колебаниям: интерферон плохо вырабатывается у маленьких детей до двух лет и у пожилых людей старше шестидесяти пяти. Кроме того, играют роль наследственность (примерно у третьей части населения продукция эндогенного – «внутреннего» – интерферона ощутимо снижена вследствие врожденных особенностей организма), температура воздуха, время года и некоторые другие факторы. Поэтому использование синтетических препаратов интерферона в качестве профилактического средства трудно переоценить.

Ученых испокон веков занимал вопрос о соотношении биологического и социального в природе человека. Иными словами, кем является новорожденный младенец: девственно чистым листом бумаги, на котором среда выводит свои письмена, или уже вполне состоявшейся личностью, готовой раскрыться и расцвести от малейшего толчка?

Лев Николаевич Толстой был в этом вопросе категоричен:

...

Быть может, так оно и есть – чем меньше опыт, тем лучше? Владимир Леви, известный отечественный психиатр, целиком и полностью солидарен с писателем:

...

Tabula rasa в переводе с латыни означает «чистая доска». Древние римляне, как известно, писали на специальных вощеных табличках особым стилосом – тонкой палочкой, один конец которой был заострен, а другой напоминал плоскую лопаточку и служил для уничтожения написанного. Но Леви говорит о безотчетных механизмах немедленной ориентировки, которые предусмотрительная природа загодя вложила в свои творения, а Толстой утверждает, что подсознательно мы знаем страшно много. Получается, что среда – всего-навсего технарь, отсекающий все лишнее.

Итак, гены или воспитание? Или подобная дилемма чересчур прямолинейна, а истина, как это часто бывает, лежит посередине? Окончательного ответа нет до сих пор.

Если способности любого человека (и творческая одаренность в том числе) генетически запрограммированы, почему мы сплошь и рядом имеем столь широкую норму реакции? Феномен так называемых «падающих звезд» давно изучен: исключительно одаренные дети нередко сгорают в два счета, и многообещающий дебют оборачивается форменным пшиком.

Очевидно, что благоприятный генетический расклад сам по себе еще не гарантирует выдающихся достижений: среда, понимаемая в широком смысле (в том числе и среда социальная), может властно вмешиваться в конкретный механизм реализации задатков и вносить в него серьезные коррективы. Актуализация потенций – штука хитрая, весьма плохо изученная и во многом загадочная. Впрочем, с другой стороны, недооценивать значения генетической предрасположенности к тому или иному виду деятельности тоже не следует, и профессиональный спорт – хороший тому пример. Вспомним хотя бы последние олимпиады: едва ли не все легкоатлетические рекорды (причем почти на любых дистанциях) принадлежат сегодня чернокожим спортсменам.

Недавно американец Джо Энтайн выпустил книгу под названием «Табу, или Почему черные легкоатлеты лучше и почему все боятся об этом сказать», в которой анализирует соответствующую статистику за многие годы. Рафаил Нудельман в статье «Black is faster» отмечал:

...

Справедливости ради отметим, что индейцы из племени тараумара, живущие в Центральной Америке, практикуют особый ритуальный бег, по сравнению с которым традиционный марафон – детская забава. Участники этого шоу бегут безостановочно день и ночь, преодолевая в результате несколько сотен километров. А если принять во внимание дополнительную сложность – каждый бегун гонит перед собой ногами увесистый деревянный шар, – то олимпийские рекорды покажутся и вовсе бледными на этом фоне. Правда, тараумара рекордов не ставят и в олимпийском движении не участвуют, так что по большому счету выводы Энтайна можно признать справедливыми.

Судя по всему, неплохими легкоатлетами являются бушмены, которые хоть и африканцы по происхождению, но живут под тропиком Козерога, в пустыне Калахари, и ни к Западной, ни к Восточной Африке никакого отношения не имеют. Антропологически они тоже стоят особняком: причудливое сочетание негроидных и монголоидных черт (не говоря уже о языке, не имеющем аналогов среди других этнических групп африканского континента) недвусмысленно говорит о глубокой древности этого племени. По свидетельствам очевидцев, группа охот ников-бушменов преследует антилопу до тех пор, пока та совершенно не выбьется из сил. Впрочем, спортивные достижения этого народа объясняются, вероятнее всего, образом жизни в полном единении с природой. Те же бушмены вообще отличаются первобытной остротой чувств: многие из них видят невооруженным глазом четыре крупнейших спутника Юпитера и могут услышать звук легкого одномоторного самолета на расстоянии ста километров.

Неоднократный чемпион мира и олимпийских игр знаменитый стайер из Эфиопии Кенениса Бекеле

Но эфиопы и нигерийцы уже давным-давно не дикари, поэтому феномен их исключительной спортивной одаренности должен иметь какое-то другое объяснение. Версий выдвигалось множество: от маисовой диеты до разреженного воздуха, которым племена Календжин дышат с раннего детства, потому что живут на высокогорном плато. То есть дело совсем не в генах – во всем виновата среда обитания. Когда же английский врач Роджер Баннистер еще в 1995 году предположил, что «черные спринтеры и вообще черные легкоатлеты имеют естественные анатомические преимущества над белыми», его немедленно обвинили в расизме. Однако тщательное изучение образа жизни кенийских племен Календжин показало, что среда обитания тут совершенно ни при чем, и прав, видимо, все же Баннистер, а не его оппоненты. Первым делом пришлось отказаться от «высокогорного фактора», потому что потребление кислорода у кенийских и скандинавских спортсменов оказалось одинаковым. Что же касается особой маисовой диеты, то по своему белковому и витаминному составу она весьма сильно уступает традиционной европейской. Кенийцы питаются из рук вон плохо. Так в чем же дело?В ходе специальных исследований выяснилось, что люди из племени Календжин гораздо выносливее европейцев. Основной причиной усталости при тяжелой и длительной физической нагрузке является накопление в крови молочной кислоты. Датский исследователь Бенгт Салтин установил, что у кенийцев молочная кислота накапливается в крови значительно медленнее, чем у жителей скандинавских стран, поэтому их организм функционирует более экономно и с бо́льшим коэффициентом полезного действия. В расчете на единицу потребленного кислорода они способны пробежать дистанцию, которая на 10 процентов длиннее. Но чем же объясняется столь медленное накопление молочной кислоты? Оказалось, что причина кроется в особенностях анатомической конституции восточных африканцев.Рафаил Нудельман отмечает:

...

Со временем была найдена еще одна причина неутомимости кенийских атлетов. Из-за высокого содержания особого фермента у них резко ускорен темп окисления жирных кислот, что способствует более интенсивному извлечению энергии из биохимических реакций, идущих в мышечной ткани. По мнению Салтина, совместное действие двух этих факторов – сравнительно медленное накопление лактата и ускоренное окисление жирных кислот – как раз и дает восточным африканцам объективное преимущество перед белыми спортсменами. А вот в Западной Африке картина совершенно иная. Коренное население этих мест (Нигерия и сопредельные страны) – люди тяжелые и высокорослые: их средняя масса тела на 30 килограммов больше, чем у кенийцев или эфиопов. Однако это с лихвой компенсируется особенностями мускулатуры.

Рафаил Нудельман сообщает:

...

Совершенно справедливое рассуждение. Можно сделать только одну-единственную оговорку: любой человек, бегавший стометровку, прекрасно знает, что дышать на этой короткой дистанции незачем. Так уж устроен человеческий организм – анаэробный тип обмена веществ здесь превалирует абсолютно. Да и сколько дыхательных движений вы успеете совершить за 10–12 секунд? Вероятно, это касается всех теплокровных вообще: гепард, непревзойденный рекорд смен спринта (около 110 км/ час в стремительном рывке), останавливается и переводит дух, если не успевает настичь антилопу в считанные мгновения. Анаэробное дыхание – весьма затратный механизм.

Что же касается удельного вклада в непростую механику мышц разных типов, то, по-видимому, так оно и есть. Специалисты только спорят о балансе врожденных и благоприобретенных качеств: по мнению одних, гены решают все, а другие полагают, что среда (то есть тренинг) тоже делает свое дело.

Например, профессор клинической физиологии Ноттингемского университета (Великобритания) Майкл Ренье занимает весьма осторожную позицию, полагая, что «счет 55 на 45 в пользу генов».

Так или иначе, но с очевидными фактами не поспоришь: похоже, естественный отбор действительно наделил африканцев уникальными генетическими особенностями, которые позволяют им оставлять далеко позади своих белых собратьев. А Роджер Баннистер, безусловно, прав, и обвинять его в расизме попросту глупо. С таким же успехом можно заклеймить спортивных менеджеров, которые устраивают отдельные соревнования для мужчин и женщин. Если содержание тестостерона [14] у мужчин в десять раз выше, чем у женщин, они всегда будут демонстрировать более высокие результаты на стадионах, кортах и беговых дорожках.

Впрочем, белое население планеты может утешаться тем, что оно опережает африканцев в тестах на IQ (коэффициент интеллектуальности). Но и тут природа сыграла с европейцами злую шутку: если верить независимым экспертам, абсолютными мировыми лидерами по этому параметру являются дальневосточные азиаты – корейцы, японцы, китайцы и жители Юго-Восточной Азии.

Коли речь зашла об интеллекте, полезно обратить внимание на людей, наделенных этим качеством в избытке, – то есть на гениев. Причем в эту категорию попадают не только творцы новых смыслов – ученые, художники или поэты, но и выдающиеся практики – государственные деятели, полководцы, создатели и разрушители великих империй.

Феномен гениальности, а если говорить шире – исключительной интеллектуальной одаренности, – занимал человечество испокон веков. Откуда берутся гении и что они собой представляют, до сих пор неясно. Диапазон оценок более чем широк. Очень часто гениальность рассматривалась как нечто потустороннее, иррациональное, внеприродное, подвластное только высшим силам. «Гении падают с неба», – писал французский ученый-энциклопедист Дени Дидро. С ним решительно не согласен Альберт Эйнштейн, один из величайших физиков всех времен и народов:

«У меня нет никакого таланта, а только упрямство мула и страстное любопытство». (И похоже, что создатель теории относительности не думал шутить, а говорил совершенно серьезно.)

Большой энциклопедический словарь определяет гениальность как наивысшую степень проявления творческих сил человека. Но наиболее удачное определение, на наш взгляд, принадлежит немецкому философу Артуру Шопенгауэру: «Талант поражает цель, в которую никто другой попасть не может, а гений – которую никто не видит». Лаконизм здесь удачно сочетается с точностью и неочевидной глубиной.

Итак, что есть гений? В социально-историческом плане это тот, кто совершает нечто исключительно ценное и сверхзначимое. Новые горизонты, эпохальное открытие, коренной переворот… А в психофизиологическом плане – человек с возможностями, неизмеримо превосходящими средние. Высшая степень одаренности, загадочный психический феномен.

Волею судеб способности распределяются среди людей до обидного неравномерно, и общепризнанные гении здесь вовсе не исключение. В зависимости от удельного веса так называемых специальных способностей и волевых качеств Владимир Леви в свое время предложил разделить всех гениев на гениев «от бога» и гениев «от себя»:

...

С Леви трудно не согласиться. Насколько можно судить, волевые качества великого австрийского композитора Вольфганга Амадея Моцарта (1756–1791) были более чем скромными. Работа являлась для него исключительно удовольствием, неизбывным и непрерывным. Но зато через всю его биографию проходит мощное волевое влияние отца, который был образцовым отцом вундеркинда – учителем, воспитателем и импресарио сына.

Вольфганг Амадей Моцарт

Эварист Галуа

В категорию гениев «от бога», вне всякого сомнения, попадает великий французский математик Эварист Галуа (1811–1832), положивший начало развитию современной алгебры и убитый на дуэли в возрасте 21 года. Его научное наследие – буквально несколько работ, написанных весьма коротко. Из-за новизны содержащихся в них идей они были не поняты современниками и увидели свет только в 1846 году. Обессмертивший математика труд был закончен за 13 часов – в ночь перед дуэлью. Исключительные способности Галуа проявились очень рано. Достаточно сказать, что «Начала» Евклида (сегодня это геометрия за 5-й и 6-й класс) он освоил за неполную неделю. Школьный учитель юного дарования писал своему приятелю: «В моем классе учится математическое чудовище». #Autogen_eBook_id39 Артюр Рембо#Autogen_eBook_id40 Пол Чарльз Морфи

Выдающийся французский поэт Артюр Рембо (1854–1891) блистательно дебютировал в шестнадцатилетнем возрасте. Этот гений французской поэзии писал стихи ровным счетом три года. За это время он успел исколесить едва ли не всю Европу, подружиться и рассориться с Верленом [15] и по праву заслужить титул лучшего поэта Франции. К девятнадцати годам ему все смертельно надоело, и в поисках приключений он уехал в Абиссинию. До конца жизни Рембо без особого успеха работал коммивояжером и никогда больше не писал стихов. Умер он в Марселе, в госпитале для бедных, в полнейшей нищете. Некоронованный шахматный король Пол Чарльз Морфи (1837–1884) тоже был вундеркиндом. Обыграв в очень нежном возрасте всех американских мастеров, он отправился покорять Европу. На протяжении неполных трех лет, с 1857-го по 1859-й, он играл с неизменным успехом, легко побеждая именитых европейских шахматистов.#Autogen_eBook_id41 Демосфен

Англичанин Стаунтон, считавшийся первым среди равных, уклонился от встречи с юным американцем. Немец Адольф Андерсен, заслуженно получивший титул гения шахматной комбинации, победитель первого в истории международного шахматного турнира и объективно сильнейший в то время шахматист Европы, поднял брошенную перчатку и проиграл с разгромным счетом – семь поражений при двух победах. После этого Морфи заявил, что готов играть с любым шахматистом планеты, давая вперед пешку F7. Оскорбленное до глубины души шахматное сообщество ответило на эту дерзость гробовым молчанием. Не дождавшись соперников, Морфи вернулся в Америку, отошел от шахмат и вскоре умер. Причиной смерти стала душевная болезнь.Гении «от себя» – совсем другое дело. Развитие у них медленное, иногда запоздалое, а судьба нередко складывается неудачно. В исторической веренице людей этого типа мы видим косноязычного Демосфена, сделавшегося величайшим оратором и трибуном: превозмогая свой дефект, он выходил на морской берег и, набив рот галькой, произносил многочасовые речи, стараясь перекричать шум прибоя. Здесь наш соотечественник Михаил ВасильевичЛомоносов (1711–1765), пришедший пешком в Москву из Холмогор и мучительно преодолевавший свою великовозрастную неграмотность. Здесь болезненно самолюбивый Джек Лондон (1876–1916), поднявшийся с полууголовного дна и написавший несколько сборников очаровательных рассказов. Здесь душевнобольной голландец Винсент Ван Гог (1853–1890), научившийся живописи к тридцати годам и создавший за семь отпущенных судьбой лет сотни полотен и рисунков, ставших классикой постимпрессионизма после его смерти (при жизни он продал одну-единственную картину). Здесь, наконец, немецкий композитор Рихард Вагнер (1813–1883), овладевший нотным письмом лишь в двадцать лет.#Autogen_eBook_id42 М. В. Ломоносов#Autogen_eBook_id43 Винсент Ван Гог#Autogen_eBook_id44 Рихард Вагнер

Многие из них неважно учились в школе и производили впечатление малоспособных и даже тупых. Например, изобретатель паровой машины Джемс Уатт (1736–1819) и блестящий сатирик Джонатан Свифт (1667–1745) считались законченными лентяями и бездарями, а великому Исааку Ньютону (1643–1727) плохо давались школьная физика и математика. Но гениев «от себя» отличает железная воля, феноменальная работоспособность и жажда знаний. Владимир Леви писал:

...

Все так, но исходный заряд дарования (и немалого дарования!), питающий веру в себя, тоже нельзя списывать со счетов. Трудолюбие и прилежание без искры божьей никогда не вынесут тебя на гребень успеха. И хотя под лежачий камень вода не течет, но если говорить о достижениях высшего порядка, одного голого усердия тут явно недостаточно. Природу не переспоришь. Обратитесь к биографии Наполеона Бонапарта, который заслуженно снискал себе славу гениального стратега, и тогда водораздел, разграничивающий гениев и простых смертных, сразу станет виднее.

Исаак Ньютон

По поводу высшей психической одаренности написаны горы научных трудов. Расходясь в трактовках и истолкованиях этого загадочного феномена, почти все исследователи единодушны в одном: за все время существования человеческой цивилизации насчитывается около четырехсот бесспорных гениев, творчество или деяния которых оказали решающее влияние на ход мировой истории. Эти люди – своего рода бродильный фермент, целебный витамин, обеспечивающий поступательное движение социума. Именно они совершают открытия, пишут великие книги, создают музыкальные шедевры и предлагают нетривиальные технические решения. Достаточно вынуть из живого тела всемирной истории несколько сотен этих творцов и подвижников, как величественное здание человеческой культуры рухнет. Но в какой мере творческие задатки генетически обусловлены? Быть может, секрет кроется в элементарной педагогике, в бережном и аккуратном взращивании юных талантов? Увы, но придется разочаровать читателя – интеллектуальная одаренность наследуется. Конечно, не так жестко и прямолинейно, как цвет глаз или окраска гороховых семян в опытах Менделя, но факт остается фактом: на пустом месте никогда ничего не вырастет. Чтобы ростки проклюнулись, нужна почва – и не тощий суглинок высоких широт, а жирный плодородный чернозем.

Эрнст Кречмер

Сто лет назад немецкий психиатр Эрнст Кречмер попытался увязать психическую конституцию с физической. Оказалось, что среди шизоидов (странных, замкнутых и чудаковатых субъектов) преобладают астеники – худые угловатые люди, а среди циклоидов (весельчаков и бонвиванов) – жизнерадостные Эрнст Кречмер толстяки. Иными словами, между характером и строением тела просматривается отчетливая связь. Между тем характер (и особенно его «ядро» – темперамент) обусловлен генетически, хотя и поддается некоторой коррекции в ходе воспитания. Однако базовые характерологические черты перекроить практически невозможно. Полагая, что так называемая средняя норма – не более чем умозрительная абстракция, Кречмер разместил все богатство психологических типов на шкале «шизо – цикло». Здесь не место анализировать его схему, тем более что за сто лет трудами зарубежных и отечественных психиатров она претерпела существенные изменения. Разберемся хотя бы с терминологией.Шизоид – весьма своеобразная личность. Чудак и эксцентрик (или, наоборот, сухарь, погруженный в собственные переживания), он выглядит человеком не от мира сего; даже его манеры и речь производят неотразимо психопатическое впечатление. При этом необходимо помнить, что он ни в коем случае не душевнобольной, а вполне нормальный субъект. Он всего лишь похож на шизофреника. В более мягком варианте это шизотимик, что можно перевести следующим образом: человек, чувствующий себя на шизофренический манер. Звучит неуклюже, но смысл понятен – это субъект, в психоэмоциональном складе которого брезжит некий шизофренический «довесок» (шизорадикал, по Кречмеру).Циклоид, стоящий на другом полюсе кречмеровой шкалы, – полная противоположность шизоиду. Это балагур, весельчак, душа компании, очень понятный и очень земной человек. Он всех знает, и все знают его; у него уйма знакомых, с которыми он поддерживает как минимум приличные отношения и принимает в них самое живое участие. Одним словом, это свой парень, надежный и всегда готовый прийти на помощь в трудную минуту. Но у него тоже есть своя ахиллесова пята – волнообразные колебания эмоционального тонуса. Разброс таких реакций весьма широк – от просто плохого настроения, которое со временем нормализуется само собой, до тяжелых депрессивных реакций, когда без помощи профессионального психиатра не обойтись.Психологически они тоже совсем разные люди. Шизоид – схоласт, он тяготеет к изысканным парадоксам и теоретическим построениям и глядит на мир через очки своих умозрительных схем. Но зато в запутанном и неясном он чувствует себя как рыба в воде. Когда Гегелю сказали, что некоторые положения его философской концепции не соответствуют фактам, он заявил: «Тем хуже для фактов».Циклоида подобные вещи не занимают. Высокие абстракции и теоретическая заумь решительно не для него. Живое дело – вот что ему требуется! Это его стихия: тут нужно соображать, перестраиваться, переключаться с одного на другое, короче говоря, действовать в условиях жесткого дефицита времени. «Все эксцентричное, фанатическое им чуждо», – писал Кречмер о таких людях.Еще раз подчеркнем, что и шизоид, и циклоид – абсолютно здоровые люди. Наличие радикала определенного знака означает только одно: если его носителю суждено психически заболеть (что, разумеется, не предопределено фатально), то с высокой степенью вероятности это будет психоз шизофренического круга в первом случае и циклотимия [16] (маниакально-депрессивный психоз) – во втором.Мышление шизоида схематично, несогласие с очевидностью редко его смущает, и он без всяких сомнений назовет черное белым, если только этого потребуют его формальные построения. Своеобразный дефект логического чувства – сближение далеких понятий, которые ничего общего между собой не имеют, – нередко приводит к тому, что мысль шизоида движется к цели необыкновенно извилистым путем. Вдобавок они крайне маловнушаемы и упрямы и не умеют мыслить стереотипно. Мнение окружающих для них пустой звук.Обычный человек, в меру социализованный и критичный, склонен сомневаться в достоверности полученных им результатов, особенно если они принципиально расходятся с общепринятыми представлениями. Слишком велико давление среды. Особенно важно мнение коллег. Шизоида такие пустяки не трогают. Будучи человеком «кривой логики», а также в силу полнейшего равнодушия к мнению окружающих (он всегда знает, как надо) и благодаря своей уникальной способности к неожиданным сопоставлениям несопоставимых вещей, он легко идет ва-банк, с бестрепетной отвагой преображая (иногда до неузнаваемости) лицо той дисциплины, в которой работает. Излишне говорить, что одних только шизоидных черт характера для такого подвига недостаточно. А вот если к железобетонной уверенности в собственной правоте присоединяются оригинальный талант и высокий профессионализм, то образовавшаяся в результате гремучая смесь творит чудеса, создавая подлинных революционеров в любых областях знания.В психиатрии есть такое понятие – философская интоксикация. Это нормальное состояние юного ума, на который в один прекрасный день обрушиваются все проклятые вопросы мироздания. Что есть мир и человек в нем? Было ли у мира начало и будет ли у него конец? Конечна или бесконечна Вселенная? Есть ли жизнь по ту сторону смерти? Подобный возрастной кризис переживают многие, и плох тот ум, который хотя бы раз не попытался объять необъятное. Но с течением времени жизнь входит в накатанную колею, и высокие абстракции вытесняются на периферию сознания. Реальный мир с его весомой и зримой вещностью начинает заявлять о себе все более властно. Излишне затянувшуюся философскую интоксикацию некоторые психиатры считают одним из ранних симптомов латентной (скрытой) шизофрении.Но кто определит необходимую дозу? У Эйнштейна философская интоксикация началась лет с шести и продолжалась до конца жизни. Отчетливый шизорадикал в психике величайшего физика XX века почти не вызывает сомнений, но человечество от этого только выиграло. Надо сказать, что без шизотимиков и ярких шизоидов величественный храм мировой культуры вообще изрядно бы потускнел. Возможно, он даже не был бы закончен. Гениальные философы Спиноза, Кант и Гегель были типичными шизотимиками, а Ницше – ярким шизоидом. А Паскаль, сказавший: «Вечное безмолвие этих бесконечных пространств более всего на свете пугает меня»? Или великий Ньютон, кончивший свои дни шизофреническим психозом и толкованием «Апокалипсиса»? Бесспорными шизоидами были физики Лев Ландау и Поль Дирак, а у Лермонтова и Суворова мы находим отчетливо шизоидный почерк…А полубезумный, но поразительно одаренный поэт Велимир Хлебников, напоминавший большую нахохлившуюся птицу? Этот странный и нелепый человек не имел никаких имущественных связей с миром, он вышептывал свои стихи, поминутно обрывая себя на полуслове, и таскал рукописи в старой наволочке. Когда харьковская интеллигенция кое-как уговорила его выступить перед молодыми поэтами, Хлебников заявил, что прочитает доклад в двух частях. Первая будет посвящена принципам японского стихосложения, а во второй он рассмотрит перспективы прокладки железнодорожной магистрали через Гималаи.А что же интеллектуально одаренные циклоиды? Природная живость характера в сочетании с кипучей энергией и высокой подвижностью нервных процессов рождает великолепных ораторов, мастеров разговорного жанра и выдающихся писателей-реалистов. Отдельно хочется сказать несколько слов о гипоманьяке – фигуре редкой и даже немного пугающей, представляющей собой обычного циклоида в полном и предельном его развитии. Следует иметь в виду, что термин «маньяк» употребляется здесь не в обывательском смысле, а исключительно как медицинская дефиниция. Под манией, или маниакальностью, психиатры понимают состояние, противоположное депрессии, сопровождаемое повышенным эмоциональным тонусом. Таким образом, гипоманиакальность [17] – это состояние, промежуточное между обычным и маниакальным, а гипоманьяк – это человек, для которого такой повышенный эмоциональный тонус является нормой.Такие люди всегда очень заметны. Их темперамент не знает границ, а бьющая через край энергия захлестывает собеседника с головой. Они бешено тратят себя, чудовищно много работают и почти никогда не устают. Первый, кто приходит на ум, это Дюма-отец, гигантский толстяк-сатир, написавший единым махом десятки томов приключенческой прозы. Все великосветские проходимцы – от Казановы и Сен-Жермена до Калиостро – тоже, бесспорно, из их числа.В свое время проблематикой интеллектуальной одаренности много занимался выдающийся отечественный генетик и доктор биологических наук В. П. Эфроимсон (1908–1989). Он тоже насчитал около четырехсот гениев в истории мировой культуры. Верхние этажи занимают титаны – Данте, Гете, Шекспир, Пушкин, Гоголь и Лев Толстой. В науке это Ньютон и Эйнштейн, Дарвин и Менделеев, в музыке – Бах и Моцарт… В зависимости от пристрастий, интересов и профессиональных склонностей, каждый читатель составит собственный список, но вряд ли в нем будет больше полутора десятков имен. За гениями первого ряда следует приблизительно сотня деятелей и творцов высочайшего уровня, но несколько менее известных. И наконец, подножие этой пирамиды образуют около трехсот несомненно гениальных личностей, прогремевших в более специальных областях.#Autogen_eBook_id47 В. П. Эфроимсон

В. П. Эфроимсон в ходе своих исследований неожиданно натолкнулся на весьма примечательный факт: среди великих мира сего очень часто встречаются наследственные болезни. Во всяком случае, плотность этого признака у выдающихся персон несопоставимо выше, чем в среднем в популяции. Эфроимсон назвал эти особенности «стигмами [18] гениальности» и описал пять из них. Во-первых, у гениев в десятки раз чаще, чем в среднем в популяции, отмечается наследственно обусловленный повышенный уровень мочевой кислоты в крови. В своем клиническом выражении повышенное содержание уратов (солей мочевой кислоты) приводит к их отложению в тканях с последующим развитием воспалительных и деструктивно-склеротических изменений. Механизм действия этого фактора и его тесная связь с высокой умственной активностью сегодня достаточно хорошо изучены.

...

Во-вторых, это редчайший и опять-таки передающийся по наследству синдром Марфана (его иногда называют «синдромом Авраама Линкольна»), частота которого в обычной популяции не превышает одного случая на тысячи и даже десятки тысяч людей. А вот среди тех самых четырехсот выдающихся деятелей им страдали по крайней мере пятеро. Механизм его действия и тип наследования также хорошо изучены.

...

В-третьих, это так называемый синдром тестикулярной феминизации, или наследственный синдром Морриса («синдром Жанны д’Арк»), а также весьма близкое к нему по механизму биохимического действия повышенное содержание мужских половых гормонов (андрогенов) – гиперандрогения.

В-четвертых, это отличающая многих гениев психофизиологическая особенность – гипоманиакальная депрессия, в некоторых случаях доходящая до психической патологии. Впрочем, о циклоидах и циклотимиках – людях с волнообразными колебаниями настроения и эмоционального тонуса – уже достаточно было сказано выще.

В-пятых, это часто встречающаяся большая или даже огромная высота лба у гениев. В чем тут дело, не вполне ясно, поскольку очевидно, что сам по себе высокий лоб никак не может быть причиной выдающихся умственных способностей. По всей вероятности, это лишь казус, сугубо внешнее проявление неких морфологических особенностей строения головного мозга, что каким-то образом связано с творческими потенциями человека.

Мы не станем подробно разбирать все эфроимсоновские «стигматы», а ограничимся одним только синдромом Жанны д’Арк – синдромом тестикулярной феминизации, или синдромом Морриса. В энциклопедиях и справочниках его определяют как наследственную форму ложного гермафродитизма, которая характеризуется развитием наружных половых органов по женскому типу, наличием рудиментарных матки и маточных труб (или полным отсутствием матки) в сочетании с недоразвитием яичек (семенников), локализующихся в брюшной полости. Несмотря на мужской кариотип (XY), эмбриональное и послеродовое развитие при этом синдроме парадоксальным образом идет в женском направлении.

Этот редкий наследственный синдром (по разным оценкам, один случай на 50 или даже на 65 тысяч рождений) вызван наличием мужского набора хромосом (кариотип XY), который приводит к формированию семенников, обычно легко прощупывающихся у женщин в виде небольшой паховой грыжи. Казалось бы, мужской набор хромосом должен обязательно воздействовать на соматические ткани (ткани тела); в норме так оно и получается. Однако при синдроме Морриса этого не происходит из-за наследственной невосприимчивости соматических тканей к мужским половым гормонам. Поэтому в результате вырастает сильная и красивая женщина с хорошо выраженными внешними половыми признаками и половым влечением по женскому типу, но с отсутствием менструаций и бесплодная. У носительниц синдрома Морриса отмечаются деловитость, высокая психическая активность, физическая выносливость и сила. Другими словами, это мужской ум, помещенный волею судеб в женское тело.

Отчего же возникает подобный сбой? Как и у всех млекопитающих, пол человека определяется половыми хромосомами: одинаковый набор (XX) стимулирует развитие у эмбриона женских анатомических признаков, разный (XY) – мужских. Ключевую роль в этом процессе играют стероидные гормоны – мужские и женские (те и другие синтезируются у всех зародышей, только в разных количествах). Преобладание мужского гормона тестостерона приведет к рождению мальчика, а избыток женских гормонов (эстрадиола, эстрола, эстрона) превратит эмбрион в девочку. Гормоны воздействуют на клетку через специальные рецепторы на ее мембране, которые представляют собой белки и кодируются особыми генами. Если в таком гене произойдет мутация, белок-рецептор станет полностью неработоспособным.

Когда эмбрион с мужским генотипом XY несет такую мутацию в гене рецептора к тестостерону, его клетки не распознают этот гормон, а ткани в результате оказываются нечувствительными к его действию. А поскольку в организме зародыша всегда присутствует некоторое количество женских гормонов, клетки оперативно переключаются на них, и эмбрион с генотипом мальчика развивается в анатомическую девочку без яичников и матки, но с бесполезными семенниками в брюшной полости.

Жанна д’Арк

Имеются серьезные основания полагать, что синдромом Морриса страдала героиня Столетней войны и освободительница Франции Жанна д’Арк. Этой женщине посвящены тысячи исторических и поэтических сочинений. Родившаяся в 1412 году в селении Домреми, расположенном на границе Шампани и Лотарингии, она еще девочкой-подростком стала слышать «голоса», сулившие ей высокое предназначение. На простую неграмотную крестьянку была возложена миссия освободить прекрасную Францию, попираемую жестокосердными чужеземцами. Жанна добилась аудиенции у Карла VII, и пребывавший в отчаянии дофин, хватающийся за соломинку, объявил ее в 1429 году «руководительницей военных действий». Результаты не заставили себя долго ждать: в том же году пал Орлеан, и французская армия, ведомая Орлеанской девой, двинулась на север, к Реймсу, освобождая по пути провинцию за провинцией. В Реймсе Карл был коронован. Дальнейшее хорошо известно. В 1430 году в сражении при Компьене Жанна попала в плен и была перевезена англичанами в Руан. Ничтожный Карл, обязанный Жанне всем, не пошевелил даже пальцем, чтобы ее спасти. На допросах она держалась мужественно и разумно, чем немало удивила видавших виды руанских судей, никак не ожидавших от неграмотной крестьянки такой трезвости и взвешенности. 24 мая 1431 года Жанна д’Арк была сожжена по приговору руанского суда.Сегодня время от времени приходится читать, что Жанна была галлюцинирующей психопаткой, истеричкой и кликушей. С одной стороны, нелепо было бы отрицать религиозную одержимость публики в Средние века. Умерщвлявшие плоть монахи и юродивые, жившие подаянием, пользовались в ту пору колоссальным авторитетом. Но все, что мы знаем о Жанне, свидетельствует о прямо противоположном. Разумеется, она была глубоко религиозной девушкой, но при этом отличалась трезвым умом, замечательным здравым смыслом и сильным характером. Она прекрасно ездила верхом, любила оружие и мастерски им владела. Мужества ей тоже было не занимать, ведь Жанна управлялась с разношерстным воинством аристократических подонков и головорезов, никого ни во что не ставивших; да и ее поведение на судебном процессе в Руане тоже было выше всех похвал.В хрониках деликатно сказано, что Жанне «никогда не пришлось испытать периодических недомоганий, свойственных ее полу». Сказано, конечно, скупо, но в соединении со всем прочим (особенности телосложения, психики, характера) позволяет достаточно уверенно поставить диагноз – синдром тестикулярной феминизации.В медицинской литературе девушки и женщины с синдромом Морриса характеризуются как исключительно практичные, деятельные, неутомимые, отличающиеся острым умом и проницательностью. В спорте они очень быстро достигают блестящих результатов, настолько превосходя обычных женщин, что для рекордсменок в последнее время пришлось даже ввести специальный экспресс-метод на предмет установления мужского набора хромосом, чтобы исключить обладательниц синдрома Морриса из женских соревнований.Поговорим немного и о высоколобости – последнем «стигмате» Эфроимсона. Хотя человек по относительному весу мозга и не стоит на первом месте среди млекопитающих (нас по этому показателю опережают, например, дельфины), у Homo sapiens самая большая относительно всего мозга кора и самая богатая сеть связей между нейронами. Вдобавок природа снабдила нас уникальным корковым инструментом – лобными долями. Конечно, лобные доли имеются и у приматов, но у человека их архитектоника и удельный объем несопоставимо превосходят обезьяньи аналоги.Лобные доли – это своего рода мозг над мозгом. Они организуют нашу сложную и гибкую оперативную память и обеспечивают глубину и целенаправленность внимания. Они являются органом критичности и социального интеллекта, наконец, по единодушному мнению едва ли не всех нейрофизиологов, с ними связаны творческие потенции человека. Одним словом, лобные доли – это средоточие того, что выдающийся русский психиатр С. С. Корсаков в свое время назвал «направляющей силой ума».В случаях так называемой лобной недостаточности (при болезнях, оперативных вмешательствах, травмах, когда разрушаются связи между лобными долями и другими отделами головного мозга) сразу же пропадает то неуловимое, что принято называть творческой жилкой. Такой человек может замечательно справляться с привычной работой, сохранять и даже совершенствовать профессиональные навыки, но принципиально новая задача окажется ему не по силам. Он уже не освоит новую специальность и никогда ничего не изобретет.#Autogen_eBook_id49 Эдгар По#Autogen_eBook_id50 Анатоль Франс

Разумеется, высокий лоб – еще не гарантия творческой одаренности. Мы знаем выдающихся людей с невысоким лбом и легким мозгом (хотя бы Эдгар По или Анатоль Франс, объем мозга которого сопоставим с мозгом питекантропа), но статистически среди гениев и ярких талантов все-таки преобладают высоколобые. И быть может, совсем не случайно в Англии интеллектуалов зовут «высоколобыми», а в Америке – «яйцеголовыми»… Подводя итоги, остается сказать, что мало болеть подагрой или обладать неустойчивой психикой, чтобы сделаться гением. Мы надеемся, что это достаточно очевидно и без подробных объяснений. Высокая психическая активность, усердие и феноменальная работоспособность – это, конечно, замечательно, но сами по себе они вряд ли в состоянии обеспечить исключительный результат.Нужны талант, одаренность, вдохновение. С другой стороны, любые биологические «допинги», любая самая яркая индивидуальность могут бытьлегко загублены при неправильном обучении и воспитании. Психофизиология – не панацея, нелепо было бы отрицать огромную роль социальных факторов во всем их многообразии. Вопреки распространенному убеждению, даже очень одаренным людям бывает нелегко состояться. Блестящие способности и умение преодолевать трудности далеко не всегда сопутствуют друг другу. Даже потенциальная гениальность может остаться нереализованной. Отсюда понятно, какую исключительно важную роль приобретают воспитание и обучение в самом широком смысле этого слова.

Динозавры, благополучно вымершие около 65 миллионов лет назад, были тварями жутковатыми – толстокожие, бронированные, сплошные зубы и когти. Например, тираннозавр рекс, крупнейший сухопутный хищник всех времен, мог одним неуловимым движением своих страшных челюстей запросто перекусить пополам носорога или слона. А вес травоядных ящеров с колоннообразными ногами достигал 30 и даже 50 тонн. И совсем не случайно палеонтологи, раскопав неподъемные кости очередного допотопного гада, нарекли его сейсмозавром, то есть ящером, сотрясающим землю. Длина этого чудища, по осторожным оценкам ученых, составляла 48–50 метров.

На протяжении без малого двухсот миллионов лет [19] великолепные рептилии были полновластными хозяевами всех трех стихий: в первобытных морях плавали проворные ихтиозавры, напоминавшие современных дельфинов, по земле разгуливали многотонные диплодоки, а в небе высматривали добычу зубастые птеродактили. (Между прочим, размах крыльев этих летающих монстров иногда мог достигать 16 метров, что вполне сравнимо с габаритами боевого истребителя наших дней.)