Это случилось 15 мая 2000 года на пресс-конференции в Белом доме, где руководитель фирмы «Celera Genomics» Крейг Вентер заявил: «Это – величайшее событие за все сто тысяч лет человеческой истории…» Сенсацией стала «расшифровка» генома – совокупности человеческих генов.

Сразу же оговоримся, что под фразой «расшифровка генома», столь прижившейся на страницах журналов и газет, здесь и далее понимается составление точной последовательности нуклеотидов, что содержатся в молекуле человеческой ДНК, а не открытие всех имеющихся в ней генов.

Итак, в 2000 году наконец удалось составить точную карту генома человека – получить бесконечный ряд «букв», в котором среди всякого биологического хлама затеряны отдельные «слова», то есть гены. Теперь одни специалисты заняты «биогерменевтикой»: они истолковывают добытую запись, отыскивая среди невнятицы знаков все новые гены. Другие ученые обратились к сотворенному генами – к протеинам.

На первый взгляд структура протеинов кажется очень простой. В их построении участвуют 20 натуральных аминокислот. Все они имеют одну общую формулу. По своей конфигурации аминокислота напоминает букву L. В ее основе лежит группа СН, составленная из атомов углерода и водорода.

Аминокислоты – это соединения, сочетающие свойства и кислоты, и щелочи. Если несколько аминокислот соединены друг с другом, возникает протеиновая цепочка. Ее можно сравнить с жемчужным ожерельем, где вместо жемчужин нанизаны аминокислоты. Схема расположения аминокислот четко определена генами.

В водном растворе цепочка аминокислот сворачивается в характерный клубок, каждый протеин имеет свою особую пространственную структуру. Сейчас известно лишь в общих чертах, по каким законам образуется этот клубок. Пока ученых больше всего изумляло разнообразие имеющихся в природе вариантов. Так, протеиновая цепочка, состоящая всего из 90 аминокислот, может в принципе образовать до десяти в восьмидесятой степени (единица с 80 нулями!) различных пространственных структур. Правда, из всего этого разнообразия в природе может реализоваться в виде биологически активных молекул лишь очень небольшое число вариантов.

Объясняется это разнообразие тем, что в клубке аминокислот между атомами соседних витков возникают особые водородные связи. Они устанавливаются между атомами водорода, с одной стороны, и атомами кислорода, азота и серы, с другой стороны.

До недавнего времени считалось, что у каждого гена имеется схема всего одного протеина с одной-единственной функцией. Однако теперь выяснилось, что все гораздо сложнее, чем полагали прежде. Так, у человека один и тот же ген иногда участвует в синтезе нескольких протеинов (всего их может быть до двух десятков!).

Мало того, многие протеины со временем меняются, и гены никак не влияют на этот процесс. Происходит это путем присоединения к белкам особых побочных групп – фосфатидов, сахаридов или ненасыщенных углеродных цепочек. Все эти преобразования, как и формирования пространственной структуры протеина, никак не отмечены в каких-либо схемах (генах).

Другими словами, даже если генетикам удастся полностью истолковать весь геном, они – вернемся к нашему кулинарному сравнению – окажутся в положении посетителя ресторана, который заказал несколько блюд из предложенного ему меню, но, когда их список был отправлен на кухню, с удивлением узнал, что на этой «протеиновой кухне» все равно приготовят «что-нибудь на свое усмотрение», выбрав такие добавки и приправы, о каких в заказе не было и речи.

По аналогии с геномом – совокупностью всех человеческих генов – сумму всех протеиновых молекул, сформированных в клетке в определенный момент времени, называют «протеомом». Геном говорит, какие процессы могут теоретически протекать внутри данной клетки, а протеом, судя по имеющимся в наличии протеинам, подсказывает, что в самом деле здесь происходит.

Геном имеет неизменный вид – протеом постоянно меняется. Ведь на состав протеинов влияют самые разные факторы: выбор питательных веществ и приток кислорода, перенесенный внезапно стресс, принятые по рецепту лекарства, и даже механическое давление. Организм все время реагирует на состояние окружающей среды, пытаясь сохранить физиологическое равновесие (например, нормальное кровяное давление или температуру тела, равную 36,6 °C). Для этого приходится нейтрализовать влияние внешних факторов, которые стремятся, наоборот, вывести организм из равновесия. Эта борьба протекает с переменным успехом: например, при недоедании приходится тратить накопленные прежде питательные вещества; если же в них наблюдается избыток, то можно отложить порцию их про запас. Все эти процессы связаны с синтезом, метаморфозом и разложением протеинов. Итак, «протеом» – это опись имущества клетки по состоянию на данную минуту или моментальное фото, запечатлевшее одно из мгновений в жизни клетки.

Чтобы увидеть состав протеома, ученые прибегают к двухмерному гелевому электрофорезу. Процедура эта протекает в два этапа. Сперва протеины клетки сортируются по их заряду. Затем они попадают в полимерный гель. Он играет роль сита: здесь протеины разделяются по их величине. Затем их маркируют; в прозрачном растворе хорошо видны крохотные черные, синие или флуоресцирующие пятнышки. Вот так можно составить что-то вроде визитной карточки данной клетки, – карточки, в которой примерно указан состав протеинов. Если человек заболеет, узор пятен на «карточке» – электрофореграмме – изменится. Регулярно сравнивая протеомы больной и здоровой клетки, можно совсем по-иному взглянуть на течение болезни и процессы, ей сопутствующие.

Чтобы распознать, какие протеины скрыты за красочными точками, пятнающими «визитную карточку», биохимики придумали новый метод. С помощью особых «режущих ферментов» можно разложить любой неизвестный нам протеин на крохотные составляющие – их легче анализировать. Так появляется новая картинка, ведь у каждого протеина свой особый набор элементов.

Этот процесс можно не только наблюдать в лаборатории, но и имитировать на компьютере. Когда речь идет об уже известных протеинах, ученые располагают банком данных, где собраны сведения о том, как выглядят продукты разложения того или иного белка под действием определенного фермента. Сравнивая элементы, полученные в пробирке, с каталогом элементов, можно установить, какой протеин был в пробирке. Если ничего похожего в каталоге не нашлось, то с помощью масс-спектрометра исследуют фрагменты протеина.

Ученые стремятся повысить чувствительность этого метода, ведь количество протеинов, которое можно выделить из геля, очень мало. Уже сейчас точность методов такова, что можно идентифицировать миллионную долю миллиграмма.

Впрочем, как и в случае с расшифровкой генома, слышны критические голоса. Раздражает, например, что столько денег тратится на поиски иголки в стоге сена. Ведь по оценкам биохимиков, в сложных клетках насчитывается до 30 тысяч протеинов. Функции большинства этих белковых молекул пока неизвестны.

Ни одно из растений не имеет столь многообразного применения, как бамбук. Ученые составляют каталоги из тысячи наименований, в которых перечисляются способы употребления этой грациозной травы, растущей естественным образом везде, кроме Европы и Антарктиды, но, кажется, лучше всего она чувствует себя в Азии.

В мире существует примерно тысяча видов и около пятидесяти родов бамбука. Они варьируются от растений размерами с полевую траву до гигантов высотой в 36 метров и в 35 сантиметров толщиной. Они растут повсюду – от низких берегов моря до склонов огромных гор. Хотя они сильно разнятся по цвету, форме и размерам, но все имеют одну общую особенность – легкий и прочный ствол. У некоторых он сплошной, но у большинства полый, разделяемый перегородками, или узлами. Стволы – это то, за что так ценят бамбук.

Самая удивительная характеристика бамбука – его способность к быстрому росту. Ничто другое на Земле не способно расти так быстро. Один японский ученый на острове Хонсю установил мировой рекорд роста ствола мадаке – самого распространенного в Японии вида – на 120 см за сутки. Близ Киото один японский ученый установил мировой рекорд. Если пристально смотреть на бамбук, то можно заметить движение его роста.

Китайцы были первыми, кто оценил красоту и полезность этого быстрорастущего растения. Их древний словарь, «Ер Я», написанный за тысячу лет до Рождества Христова, называет бамбук «цфао», травой.

Крестьяне называют его «ча кон чук», что означает – «бамбук чайных палочек».

У бамбуков есть одна удивительная особенность. Большинство из них цветет один раз за очень большой промежуток времени – в 30, 60 или даже в 120 лет. Почти одновременно бамбуки одного вида – где бы в мире они ни произрастали – расцветают. Затем, поникнув, стебли умирают, однако роща выживает: некоторые корневища не гибнут, а упавшие семена пускают корни. Но бамбуковому ростку, чтобы созреть и вырасти до прежней высоты, может потребоваться от пяти до десяти лет.

Доктор Макклур, признанный в мире специалист по бамбуку, в 20-е годы с ботанической экспедицией побывал в Китае. Он застал целые области расцветшего «бамбука чайных палочек» и смог собрать цветущие экземпляры, которые, вместе с ветвящимися узлами и «обвертками» молодых побегов, нужны ботанику для научной идентификации.

Макклур идентифицировал семейство растения как Arundinaria и присвоил новому виду название amabilis, милый.

…Дорога бежит от Гуанчжоу к Хуаичжи среди полей риса, окаймленных красной землей. Молодые побеги риса высовывают желто-зеленые пальцы из коричневой воды. Бесконечные ряды сосен и эвкалиптов, посаженные по особой китайской программе восстановления лесов, щетинятся на холмах Квантунга.

В сумерках дорога подходит ближе к широкой, быстрой реке Суй, и разбросанные тут и там островки бамбуковых посадок смыкают ряды и становятся тесной плантацией. Сквозь полумрак видно, что бамбук, потеряв свою пушистую легкость, стал темно-зеленым с прямыми, жесткими стеблями – он стоит ровными рядами, как рождественские елки, – это «милый бамбук» или «бамбук чайных палочек», обнаруженный Макклуром.

В Китае растет примерно 300 видов бамбука. Из них самый известный и ценимый за границей – это тонкинский. Но в самом Китае самым полезным бамбуком считается «мао-чу», волосатый бамбук, называемый так за мелкие волоски, покрывающие обвертку побегов. Более двух третей производимого в Китае бамбука – это мао-чу, его используют и для изготовления мебели и для подпирания тяжелых конструкций.

Бамбук отличается твердостью и гибкостью

Один вид бамбука, который растет густыми рощами высоко в горах провинции Сычуань, служит пищей для редких енотов панд. В дикой природе катастрофы разражаются неумолимо, и в свое время китайские ученые обнаружили 140 мертвых панд в этих дальних холмах. Они стали жертвами вечных биологических циклов бамбука. Достигнув почти векового жизненного возраста, бамбук расцвел и опал. Должно пройти несколько лет, прежде чем рощи разрастутся до такой степени, чтобы снова стать источником пропитания.

«Бамбук делится на две категории, – говорит доктор Цюнь, – впервые классифицированные по образцам, собранным доктором Макклуром; первая – это симподиальная, или групповая, вторая – монодиальная, или усиковая. Все бамбуки вырастают из ризомы, корневища, подземных стволов, которые дают побеги. Групповой тип множится симметрично по кругу; усиковый тип рассылает свои ризомы по всем направлениям, выбрасывая новые побеги там и сям. Групповой тип обычно растет в тропиках, а усиковый в умеренной температурной зоне».

Обычно бамбук пускает побеги по разу каждый год. В отличие от деревьев бамбук не увеличивается вширь в продолжение роста, каждый новый побег уже имеет полный обхват. Он достигает своей высоты за 60–90 дней.

Китайцы ценят бамбуковые побеги как пищу за их хрустящую структуру. Крестьянин приходит весной в бамбуковую рощу и, ходя босыми ногами по земле, может почувствовать жесткие горбы побегов. Если он хочет самых нежных ростков, как у очищенной спаржи, он наваливает маленький холмик земли вокруг пробивающегося побега. Тот никогда не увидит света, но приобретает сочность.

В Древнем Китае была одна весенняя церемония. Тихой ночью люди отправлялись в бамбуковую рощу послушать, как лопаются бамбуковые побеги, когда они выходят из своих «обверток», пробиваясь из земли, – это был верный признак наступления весны.

Энергия, даже страсть, которые демонстрирует в некоторые периоды своей жизни виктория, водное растение семейства кувшинковых, просто поражают. Мощь и напор, с которыми разворачиваются ее листья на больших водных пространствах, кажутся настоящим чудом.

Внезапный, без видимой причины, бешеный рост этого растения делает его предметом особого внимания и любопытства. А уже о чарующей красоте этой обитательницы необозримых просторов Амазонки и говорить нечего! Настоящая королева вод! Громадные листья с гофрированными краями плавают рядом с цветами, оттеняя своим густо-зеленым фоном их нежное свечение, что вызывает неизменное восхищение у всех: и у путешественников, внезапно увидевших в реке это чудо, и у владельцев искусственных водоемов, бассейнов с подогретой водой, где викторию разводят специально.

Вот как описывает это растение французский натуралист К. д’Орбиньи, увидевший ее в 1835 году, путешествуя по Южной Америке: «Пространство величиной в милю было буквально покрыто плавающими листьями, края которых возвышались на два пальца над водой. Сверху они были гладкими, а снизу покрыты бесчисленными правильной формы ячейками, образованными выступающими прожилками, полыми и заполненными воздухом, благодаря которым они держались на воде. Черешки, цветоножки и жилки листьев также имели ячеистую структуру и были покрыты длинными колючками. Среди этих плоских листьев поднимались большие цветки, белые, розовые или пурпурные, всегда махровые и источающие тонкий аромат. Плоды, которые вызревают на растении, имеют сферическую форму, также велики и наполнены внутри мучнистыми гранулами, что дало растению название «водяной маис», поскольку испанцы его собирают и едят в жареном виде. Я не мог не восхититься этим колоссальным царственным растением и сожалел о необходимости моего отъезда в тот же вечер, после того, как собрал образцы цветов, плодов и зерен».

Лист виктории – очень важный ее элемент, орган роста, по преимуществу. Его морфология определяет вид растения, а непрерывный и неустанный рост – это его труд и страсть, которую он реализует с непреодолимой энергией.

Вначале это маленький бугорок. Постепенно его края разворачиваются, подобно ковру, покрытые по периметру колючками. Развернувшись, новорожденный лист в итоге отрывается от своего основания, в результате чего его верхняя часть делается центром его активности, производящим новую ткань. В свернутом виде молодой лист похож на ежа, так как его нижняя поверхность покрыта острыми твердыми колючками. Обязанностью колючек является защита других органов виктории. Конечно, эти колючки не жгутся, но их уколы болезненны для тех, кто захотел бы слишком приблизиться к растению. Нижние прожилки придают листу жесткость и крепость. Они образуют продольные «распорки», соединенные поперечными перекладинами. Эта хорошо переплетенная сетка служит костяком листа, его надежной опорой. Заполненные воздухом ячейки обеспечивают ему плавучесть и не дают сломаться во время сильных дождей или волнения воды.

Верхняя часть листа «вдыхает» воздух, нижняя, более бледная, поглощает газ и другие вещества, растворенные в воде. Диаметр листа 1,4–1,8 м. Вертикальный бортик листа имеет 15 см высоту. У него есть два глубоких желобка, по которым стекает вода во время дождя. Лист выдерживает нагрузку в 30 кг.

Черешки, длинные и мясистые, покрытые колючками по всей длине, опускаются вниз на значительную глубину, что придает растению дополнительную плавучесть. В естественной среде виктория за несколько недель может покрыть большое пространство (много сотен кв. м).

Цветок виктории белый с розовым оттенком и пахнет сосной. В период цветения это растение демонстрирует лихорадочную, почти животную энергию, воспламеняющую его, до тех пор такое спокойное и холодное. Странное тепло выделяют ткани цветка в прохладном воздухе.