Читати книгу - "Сліпий годинникар"

Коли інформація в комп’ютерній пам’яті зчитується з конкретної комірки, з нею може відбуватися одна з двох речей. Вона може або просто записуватися кудись іще, або вступати в якусь «дію». Запис кудись іще означає копіювання. Ми вже бачили, що ДНК легко копіюється з однієї клітини до іншої, нової і що шматки ДНК можуть копіюватися з одного індивіда до іншого — його дитини. Із «дією» ситуація складніша. У комп’ютерах одним видом дії є виконання інструкцій програми. У ПЗП мого комп’ютера комірки номер 64489, 64490 та 64491, разом узяті, містять конкретну комбінацію змісту (одиниць і нулів), що під час інтерпретації їх як інструкції спонукає динамік комп’ютера видавати уривчастий звуковий сигнал. Ось ця комбінація — 10101101 00110000 11000000. Від природи в цій комбінації немає нічого уривчастого чи звукового. Ніщо в ній не говорить вам, що вона матиме такий вплив на динамік. Вона здійснює цей вплив лише через спосіб, яким з’єднана між собою решта частин комп’ютера. У такий самий спосіб комбінації чотирилітерного коду ДНК мають впливи, наприклад, на колір очей чи поведінку, але ці впливи не властиві комбінаціям даних ДНК як таким. Вони є лише результатом способу, яким розвивається решта ембріона, на який, у свою чергу, впливають комбінації інших частин ДНК. Цю взаємодію між генами ми детально розглянемо в розділі 7.

Перш ніж вони зможуть вступити в будь-яку дію, кодові символи ДНК мають транслюватися на інший носій. Спочатку вони транскрибуються точно відповідними символами РНК, яка також має чотирилітерний алфавіт. Після цього вони транслюються в іншого типу полімер — поліпептид, або білок. Його можна було б назвати й поліамінокислотою, бо основними його складовими є амінокислоти. У живих клітинах існує 20 різновидів амінокислот. Усі біологічні білки є ланцюжками, що складаються з цих 20 основних будівельних блоків. Хоча білок є ланцюжком амінокислот, більшість із них не залишаються довгими та нитчастими. Кожен ланцюжок скручується в складний вузол, точна форма якого визначається порядком амінокислот. Тому форма цього вузла ніколи не змінюється, за жодної конкретної послідовності амінокислот. Послідовність амінокислот, у свою чергу, точно визначена кодовими символами вздовж ДНК (через РНК як посередника). Тому в певному сенсі тривимірна скручена форма білка визначається одновимірною послідовністю кодових символів ДНК.

Процедура трансляції втілює в собі славнозвісний трилітерний «генетичний код». Це словник, у якому кожен із 64 (4 × 4 × 4) можливих триплетів символів ДНК (чи РНК) перетворюється на одну з 20 амінокислот або на символ «кінець зчитування». Існують три такі розділові знаки «кінець зчитування». Багато амінокислот кодуються більш ніж одним триплетом (як ви могли б здогадатися з того факту, що існує 64 триплети й лише 20 амінокислот). Уся трансляція від строго послідовного ПЗП ДНК до точно інваріантної тривимірної форми білка є дивовижним досягненням цифрових інформаційних технологій. Подальші кроки, якими гени впливають на організми, є трохи менш очевидно комп’ютероподібними.

Кожну живу клітину, навіть одну-єдину бактеріальну, можна уявити собі як величезний хімзавод. Комбінації ДНК, або гени, справляють свої ефекти, впливаючи на хід подій на цьому хімзаводі, і роблять це, діючи на тривимірну форму молекул білка. Слово «величезний» може здатися дивним для клітини, особливо коли згадати, що на поверхні шпилькової голівки можуть уміститися 10 мільйонів бактеріальних клітин. Але згадайте також, що кожна з цих клітин здатна вмістити весь текст Нового Заповіту. Крім того, вона таки величезна, якщо міряти за кількістю складних машин, які у ній містяться. Кожен механізм являє собою велику білкову молекулу, зібрану під впливом конкретної ділянки ДНК. Білкові молекули під назвою «ферменти» є машинами в тому сенсі, що кожна з них забезпечує розгортання конкретної хімічної реакції. Кожна така білкова машина випускає свій власний конкретний хімічний продукт. Для цього вона використовує сировину, що дрейфує в клітині, будучи, дуже ймовірно, продуктом інших «білкових машин». Аби дати вам уявлення про розмір цих білкових механізмів, скажу, що кожен із них складається приблизно з 6 тисяч атомів, що дуже багато за молекулярними стандартами. Усього на цьому хімзаводі, яким є клітина, налічується близько мільйона таких великих апаратів, причому представлених понад 2 тисячами різновидів, кожен з яких спеціалізується на виконанні конкретної операції. Саме характерні хімічні продукти таких ферментів надають клітині її індивідуальної форми та поведінки.

Оскільки всі клітини організму містять однакові гени, може здатися дивним, що всі ці клітини не ідентичні. Причина полягає в тому, що в різних типах клітин читаються різні набори генів, тоді як інші ігноруються. У клітинах печінки не читаються ті частини ПЗП ДНК, що особливо значимі для побудови клітин нирки, і навпаки. Форма та поведінка клітини залежать від того, які саме гени всередині її читаються та перетворюються на відповідні білкові продукти. Це, у свою чергу, залежить від хімічних речовин, які вже є в клітині, що почасти залежить від того, які гени попередньо були зчитані в ній, а почасти від сусідніх клітин. Коли одна клітина ділиться надвоє, то дві дочірні не обов’язково є в усьому схожими одна на одну. У первинній заплідненій яйцеклітині, наприклад, одні хімічні речовини збираються на одному її краю, а інші на другому. Коли така поляризована клітина ділиться, у двох її дочірніх клітинах хімікати розподіляються по-різному. Це означає, що в дочірніх клітинах зчитуватимуться різні гени й відбуватиметься своєрідна самопідкріплювана дивергенція. Остаточна форма всього тіла, розмір його кінцівок, налаштування мозку, синхронізація його поведінкових схем — усе це є непрямими наслідками взаємодій між різними типами клітин, відмінності між якими, в свою чергу, виникають через зчитування різних генів. Ці процеси дивергенції найкраще уявити собі як місцево автономні, на манер «рекурсивної» процедури з розділу 3, а не як скоординовані в якийсь масштабний центральний задум.

«Дія» в тому сенсі, в якому це поняття використовується в даному розділі, є тим, про що говорить генетик, коли згадує «фенотиповий ефект» гена. ДНК чинить на тіло, колір очей, кучерявість волосся, ступінь агресивності поведінки та тисячі інших властивостей впливи, які називаються фенотиповими ефектами. ДНК здійснює ці впливи спочатку локально, зчитуючись у вигляді РНК та транслюючись у білкові ланцюжки, які потім впливають на форму та поведінку клітини. Це один із двох способів, якими може зчитуватись інформація у схемі ДНК. Інший спосіб полягає в тому, що вона може дублюватись у нову нитку ДНК. Це саме те копіювання, про яке ми говорили раніше.

Між цими двома шляхами передавання інформації ДНК, вертикальним і горизонтальним, існує фундаментальна відмінність. Вертикально інформація передається до іншої ДНК в клітинах (що утворюють інші клітини), які продукують сперматозоїди чи яйцеклітини. Отже, вона передається вертикально наступному поколінню, а потім, знову вертикально, нескінченній кількості майбутніх нащадків. Я називатиму її «архівною ДНК». Вона потенційно безсмертна. Послідовність клітин, якою просувається архівна ДНК, називається зародковою лінією. Ця зародкова лінія являє собою набір клітин усередині тіла, що є предковими для сперматозоїдів чи яйцеклітин, а отже, для майбутніх поколінь. ДНК передається також убік, або горизонтально, — до ДНК клітин незародкової лінії, таких як клітини печінки чи шкіри, всередині таких клітин до РНК, звідти до білка та різноманітних впливів на ембріональний розвиток, а отже, й на форму та поведінку дорослого організму. Горизонтальне та вертикальне передавання можна вважати відповідниками двох