Брайан Клегг - Вселенная внутри вас
Именно это попарное соединение является ключом к копированию информации. Новые клетки образуются в процессе деления старых. Каждая новая клетка должна получить свою копию ДНК. Для этого две цепи одной двойной спирали разделяются по линии соединения оснований. Хотя обе половинки не идентичны, они легко воссоздадут недостающую часть ДНК, так как основания всегда соединяются одинаково. В результате в каждой новой клетке, появившейся в процессе деления, окажется полная версия ДНК.
ДНК часто сравнивают с чертежом живого организма. У этой молекулы много дел. Посудите сами: организм начинается с одной-единственной клетки. Она делится на две части, потом на четыре и так далее, пока не достигнет окончательной цифры – 50–70 триллионов. Разумеется, это не просто механическое увеличение количества одинаковых клеток. В противном случае вы превратились бы просто в большой однородный сгусток. Что-то должно давать указания клеткам, чтобы они специализировались и образовывали различные органы и структуры тела. В этом и заключается задача ДНК.
И все же сравнивать ДНК с чертежом неправильно. Чертеж дает точные инструкции по строительству того или иного объекта, а ДНК не содержит всех данных, которые позволили бы в точности определить, что и как должно происходить в организме. Не существует никакой связи между количеством генов (базовых информационных кодов ДНК) и уровнем сложности живого существа. Например, рис имеет вдвое больше генов, чем человек. Конечно, это излишне упрощенный подход, в чем мы еще сможем убедиться, более детально изучая гены.
И все же лучше рассматривать ДНК как контрольную компьютерную программу на полностью автоматизированной фабрике, каковой является живой организм. ДНК не содержит всех деталей. Просто различные внешние факторы взаимодействуют с ней, в определенное время активизируя одни ее части и замедляя другие. Тем не менее, как мы увидим в главе 7, ДНК играет колоссальную роль в формировании организма.
Сорок шесть молекул ДНК в ядре клетки не единственные ДНК в организме. На самом деле есть и другие, которые можно считать своего рода пришельцами. Они родились не в человеческом организме.
Пришельцы в ваших клетках
Во внутриклеточной жидкости вокруг ядра вы можете обнаружить структуры, называемые митохондриями. Эти крошечные образования часто называют электростанциями клеток, так как их функция заключается в усвоении кислорода, получаемого в ходе дыхания (его доставляют красные кровяные клетки), и соединении его с химическими веществами пищи. В результате образуется аденозинтрифосфат (АТФ) – молекула, в которой запасается необходимая для организма энергия. Митохондрии представляют собой биохимические зарядные устройства для электрических батарей. Самое удивительное то, что раньше они, по всей видимости, были бактериями, которые впоследствии, в процессе взаимовыгодного симбиоза, стали частью клеток.
Эта теория происхождения митохондрий возникла уже довольно давно, но ее доказательство появилось лишь в 2011 году, когда в море была открыта бактерия с довольно скучным названием – SAR11, имевшая с нашей митохондрией общего предка. Сравнение генов митохондрии и SAR11 показало, что их общим предком была древняя бактерия.
Это сравнение стало возможным лишь потому, что у митохондрий есть собственная ДНК, содержащая всего 13 генов и не имеющая ничего общего с хромосомами, содержащимися в ядре клетки. В отличие от главной ДНК, которая представляет собой комбинацию генов обоих родителей, ДНК в митохондриях передается только по материнской линии. В бывшей бактерии было около тысячи генов, и раньше все они находились в ее ядре. Но со временем, когда бактерия стала митохондрией, большая часть генов, за исключением тринадцати, перешла в хромосомы.
Количество митохондрий зависит от типа клеток. Наибольшее количество (свыше тысячи) содержится в клетках печени. Хотя у митохондрий есть и другие функции, ее главная задача – накопление энергии в молекулах АТФ, которые представляют собой химический эквивалент заведенной пружины в часовом механизме.
В сжатой до предела пружине содержится большой потенциал энергии, которая при высвобождении способна приводить механизм в движение. Точно так же и митохондрия запасает энергию в АТФ. Это химическое соединение с труднопроизносимым названием содержит пару внутриатомных связей, которые соединяют атомы фосфора с единственным атомом кислорода. Эти связи относительно слабы и легко разрываются, в результате чего высвобождается энергия, приводящая в движение мышцы.
Чужие гены
Митохондрии – это не единственные пришельцы в организме человека. Ваша ДНК содержит гены по меньшей мере восьми ретровирусов. Это разновидность вирусов, использующих клеточные механизмы для кодирования ДНК и за счет этого берущие клетку под свой контроль (один из подобных вирусов, в частности, вызывает СПИД). Гены этих вирусов в ваших хромосомах в настоящее время выполняют важные функции размножения, но они абсолютно чужды человеческой ДНК.
Если когда-то митохондрии были бактериями, то теперь они стали частью клеток организма человека. Хотя они не встречаются в простейших одноклеточных существах, но присутствуют практически во всех организмах, клетки которых имеют ядра.
Похоже, что вторжение митохондрий в чужие организмы состоялось на очень ранних стадиях развития сложных форм жизни на Земле. Однако это не единственные бактерии, живущие в вашем теле.
Триллионы нелегальных мигрантов
Глядя на себя в зеркало, задумайтесь о том, что с чисто математической точки зрения в вас больше бактериальной жизни, чем человеческой. В теле человека в 10 раз больше бактерий, чем собственных клеток.
Многие из бактерий, которые называют тело человека своим домом, настроены дружелюбно, то есть не причиняют никакого вреда. Некоторые даже полезны. Они не являются неотъемлемой составной частью нашего организма, как митохондрии, поэтому можно обойтись и без них, но тогда жизнь существенно осложнится. В конце 1920‑х годов американский инженер Джеймс Рейнерс решил выяснить, могут ли животные жить вообще без бактерий. Он надеялся создать мир без бактерий, в котором будет царить здоровье. Рейнерс посвятил всю жизнь созданию безбактериальной среды, в которой можно было бы с момента рождения выращивать морских свинок и других животных.
Оказалось, что это возможно. После уничтожения всех бактерий животные не умирали. Поскольку мир без бактерий сулил избавление от многих болезней, результаты работ Рейнерса стали толчком для широкого распространения всевозможных антибактериальных средств и антибиотиков.
Никто не сомневается в том, что некоторые бактерии чрезвычайно вредны. Однако исследования Рейнерса зашли в тупик. Да, некоторые морские свинки могли обходиться без бактерий, но многие в таких условиях умирали. А тех, кто оставался в живых, приходилось кормить специальной едой. Дело в том, что бактерии, обитающие в кишечнике, способствуют пищеварению. Это имеет особое значение для животных и насекомых, поедающих растения с богатым содержанием целлюлозы. Такая пища расщепляется только с помощью бактерий.
Вы тоже могли бы жить без бактерий, но в отсутствие ферментов, которые производят кишечные бактерии, вам пришлось бы употреблять в пищу только те продукты, которые богаты питательными веществами. Особенно это касается вегетарианцев, так как волокна растительного происхождения не перевариваются исключительно с помощью собственных ферментов. С ними могут справиться только химические вещества, вырабатываемые бактериями.
Это необходимо учитывать при лечении антибиотиками. Хотя каждый отдельный антибиотик убивает лишь определенные микроорганизмы, он не делает различий между «хорошими» и «плохими» бактериями. Ему это безразлично. С таким же успехом он уничтожит и полезные кишечные бактерии. Это значит, что некоторое время после этого вам придется делать упор на продукты, богатые питательными веществами, и, кроме того, избегать инфекций, так как бороться с ними помогают именно кишечные бактерии. Если антибиотик уменьшит численность этих бактерий, их место с легкостью займут другие, возможно, вредные микроорганизмы.
Как ни прискорбно, но я должен огорчить любителей напитков и других продуктов, содержащих пробиотики и другие якобы полезные бактерии. Нет никаких свидетельств того, что они приносят хоть какую-то пользу. Такие бактерии, попадающие в организм вместе с пищей, не вносят заметного вклада в состав микрофлоры. Возможно, употребляющий их человек получает какие-то психологические преимущества типа эффекта плацебо, но реальной биологической помощи они не оказывают.
