Истории будущего - Дэвид Кристиан

выполняются параллельно. Это означает, что даже простейшие клетки могут вычислять несколько вероятностей в любой момент времени – доступность пищи, температура, внутренняя соленость, необходимость двигаться и так далее.

Возьмем движение в качестве примера действий, которые могут быть вызваны этими вычислениями. Клетки E. coli имеют до шести гладких и мощных «пропеллеров», которые позволяют им либо двигаться вперед, либо беспорядочно «кувыркаться». Подобно сенсорным молекулам, эти «пропеллеры» пронизывают мембраны. Они используют хлыстообразные хвосты, или жгутики, что висят снаружи клетки и могут вращаться со скоростью несколько сотен оборотов в секунду90. Вообразим, что внутренняя поверхность «пропеллерных» молекул начинает улавливать поток белков-посланцев, сообщающих о наличии аспарагиновой кислоты. «Пропеллеры» заработают в унисон, и клетка начнет двигаться вперед. Если же насыщенность аспартатом падает, отдельные «пропеллеры» могут развернуться и отправить клетку «кувыркаться». Затем она выберет новое направление (грубо говоря, методом тыка) и продолжит поиски пищи.

Что сейчас произошло? Мы видели, как организм, слишком крохотный, чтобы его возможно было разглядеть невооруженным глазом, ставит перед собою цели, оценивает текущую ситуацию и принимает довольно верные решения о том, как встречать будущее. Его долгосрочные цели встроены в геном в виде кодов для создания молекулярных устройств, необходимых для достижения краткосрочных целей (поиск пищи). Белковые сенсоры сообщают клетке о продолжающейся охоте на аспартат и другие продукты питания; сети белков оценивают, как идут дела; изменение состава и формы этих белков определяет поведение клетки (кувыркаться или не кувыркаться?). Вся эта последовательность действий развивалась на протяжении миллионов лет, ибо клетки, сохранявшие неподвижность вопреки разумным основаниям для движения, выживали реже, чем те, которые кувыркались, а в геном вида постепенно встраивались более эффективные алгоритмы. Вот почему клеточный механизм мышления о будущем довольно хорошо справляется с прогнозами, потому-то кишечная палочка и выживает уже сотни миллионов лет.

Очень умно, не правда ли? В следующей главе мы рассмотрим, как решают задачу управления будущим многоклеточные организмы, используя новые типы механизмов, что увязывают воедино деятельность миллиардов клеток, каждая из которых не менее умна, чем отдельная клетка кишечной палочки.

Глава 4

Как растения и животные управляют будущим

«Растения в начале засухи часто заставляют корни врастать глубже в почву в поисках новых источников воды. При этом растение останавливает рост мелких корней там, где почва обычно суше всего. Так растение принимает решение о развитии и сосредотачивается на том, чтобы произрастать при наличии наибольшего шанса отыскать воду».

Дэниел Чамовиц «Что знает растение?»91Многоклеточность: как она меняет мышление о будущем

Макробы [45], вроде нас с вами, состоят из триллионов клеток, которые сотрудничают между собой, обеспечивая выживание единого крупного организма. Макробы утвердились в природе сравнительно недавно по меркам земной истории, приблизительно шестьсот миллионов лет назад. Многоклеточность позволила жизни приобрести новые формы и новые масштабы.

Каждая макробная клетка использует те же механизмы управления будущим, что и бактерии. Но, помимо управления собственным будущим, этим клеткам приходится решать и другую задачу – координировать свою деятельность с миллиардами или триллионами прочих клеток для управления будущим суперорганизмов, от которых они все зависят. Как же удается заставить миллиарды клеток договариваться о хорошем совместном будущем, делиться информацией и оценивать закономерности, выявленные на основе этой информации, а затем коллективно действовать на благо крупного организма, составными частями которого все они являются? Как вынудить миллиарды клеток согласиться с тем, что прямо сейчас – самое подходящее время, чтобы вложить силы в спасительное бегство от льва или в погружение корней глубже в почву?

Эти совместные задачи настолько отличаются от тех, с которыми сталкиваются одноклеточные организмы, что они требуют нового биологического механизма для коллективного управления будущим. Создание этого механизма заняло сотни миллионов лет, вот почему, кстати, макробы появились в истории Земли сравнительно недавно. Также перед нами и объяснение того, почему геномы макробиальных клеток больше по размерам, чем геномы бактерий, и почему они кодируют множество новых видов белков. Простая нематода Caenorhabditis elegans (с которой мы еще встретимся) всего около миллиметра в длину и располагает всего тысячей клеток. Но почти 90 процентов ее генов, каковых насчитывается девятнадцать тысяч, призвано поддерживать хорошие отношения между клетками организма92. Для выживания в коллективе макробным клеткам необходимо приложить немало усилий к общению, переговорам и сотрудничеству.

Может ли сложный механизм совместного управления будущим, которым наделены макробы, научить чему-нибудь новому такой вид, как человеческий род, отдельные члены которого начинают осознавать, что индивидуальное будущее все больше зависит от успехов человечества в целом?

Почему макробиальные клетки так хорошо сотрудничают?

Чтобы понять макробное мышление о будущем, нужно сначала установить причину столь эффективного сотрудничества триллионов клеток.

За редкими исключениями макробы состоят из эукариотических, а не прокариотических клеток и потому принадлежат к третьему биологическому надцарству – эукариотам. Первые эукариотические клетки возникли почти два миллиарда лет назад, должно быть, в результате слияния уже существовавших прокариотических видов. (Эта революционная идея, впервые предложенная биологом Линн Маргулис, ныне разделяется большинством биологов.) По сравнению с крестьянскими хижинами прокариотов клетки эукариотов представляют собой дворцы. Они могут быть в сотни раз больше прокариотических клеток и содержат множество внутренних «секций» специфического назначения и со специфическими функциями. Наиболее важным среди «секций» является ядро, этакое укрепленное внутреннее святилище, которое защищает ДНК клетки.

Эукариотические клетки макробов хорошо сотрудничают по двум основным причинам. Во-первых, каждая клетка макроба имеет точно такую же ДНК. Тем самым обеспечивается своего рода запрограммированная лояльность к более крупному организму. В самом деле, макробным клеткам, подобно летчикам-истребителям на самоубийственных миссиях, порой поступает приказ погибнуть на благо более крупного организма – и в основном они подчиняются. На биологическом жаргоне такое самопожертвование называется апоптозом. Скажем, пальцы на руках человека образуются потому, что при развитии в материнской утробе клеткам в промежутках между пальцами приказали умереть и они повиновались93. Раковые клетки не подчиняются таким приказам, и это показывает, насколько опасно для макроба нарушение межклеточного сотрудничества.

Вторая причина, по которой макробные клетки хорошо взаимодействуют друг с другом, заключается в том, что они могут специализироваться, превращаясь в клеточные аналоги хирургов и сантехников, музыкантов и модельеров. Специализация делает каждую клетку зависимой от других и от выживания более крупного макроорганизма в целом. Отчасти похоже на современное людское общество, где фермеры выращивают еду, а медсестры ухаживают за больными. Чтобы выживать, они должны сотрудничать. Фермер будет кормить медсестру, которая присматривает за его детьми, когда те болеют, а вместе они зависят от упорядоченного функционирования большого общества, членами которого оба являются. Точно так же макробные клетки распределяют между собой такие задачи, как борьба с инвазивными бактериями, сгибание мышц и пр. – в том числе мышление о будущем. А клеточное разделение труда по степени сложности едва ли уступает