Крейг Вентер - Жизнь на скорости света. От двойной спирали к рождению цифровой биологии

Витализм, подобно религии, не исчез просто в ответ на новые научные открытия. Чтобы сдвинуть систему убеждений, нужно накопить весомые доказательства путем многих экспериментов. Непрерывный прогресс науки все сильнее душил витализм, но на это ушли века, и даже сегодня программа по искоренению этого мистического поверья еще не выполнена до конца.

Ряд ключевых открытий, которые должны были бы подорвать древнюю идею витализма, начинается с 1665 года, когда Роберт Гук (1635–1703) под созданным им новым микроскопом впервые обнаружил клетки. Со времени опытов его и других первопроходцев, таких как голландец Антони ван Левенгук (1632–1723), мы накопили доказательства, что клетки являются базовой биологической структурой для всего, что мы знаем как жизнь. По мере становления современной науки в течение XVI и XVII веков витализм сталкивался со все более серьезными вызовами. В 1839 году, через десять с небольшим лет после синтеза мочевины Вёлером, Матиас Якоб Шлейден (1804–1881) и Теодор Шванн (1810–1882) написали: «Все живые существа состоят из живых клеток». В 1855 году Рудольф Вирхов (1821–1902), основатель современной клеточной патологии, выдвинул так называемый «биогенный закон»: Omnis cellula e cellula, то есть «все живые клетки происходят от ранее существующих клеток». Это явно противоречило представлению о «самозарождении», известному еще с античности и, как подсказывает название, предполагающему, что жизнь может сама собой возникать из неживой материи – например, опарыши из гниющего мяса или плодовые мушки из бананов.

В своем знаменитом исследовании 1859 года Луи Пастер (1822–1895) опроверг теорию самозарождения посредством простого опыта. Он прокипятил бульон в двух разных колбах, одна не закрывалась, и в нее попадал внешний воздух; вторая имела S-образный изгиб горлышка и была заткнута ватой. После остывания открытой колбы в ней выросли бактерии, но во второй колбе ничего не выросло. Считается, что Пастер доказал, что микроорганизмы есть везде, включая воздух. Как и в случае с Вёлером, результаты его экспериментов, если рассмотреть их во всех деталях, не были столь убедительными, как это часто изображается, и окончательные доказательства были получены только в последующих работах немецких ученых {27} 27 Waller, John. Fabulous Science: Fact and Fiction in the History of Scientific Discovery (Oxford University Press, 2010), стр. 18. .

Эксперименты Пастера привели некоторых ученых того времени к исключению возможности того, что жизнь исходно развилась (или может быть развита) из неорганических веществ. В 1906 году французский биолог и философ Феликс ле Дантек писал: «Часто говорится, что Пастер показал бесполезность попыток… людей науки воспроизвести жизнь в своих лабораториях. Пастер показал лишь вот что: приняв определенные меры предосторожности, мы можем исключить любое попадание уже существующих живых организмов в конкретные субстанции, которые могут служить им пищей. И всё. Проблема синтеза протоплазмы осталась там же, где была {28} 28 Le Dantec, Felix Alexandre. The Nature and Origin of Life . Trans. Stoddard Dewey. New York: A. S. Barnes, 1906. ».

Хотя Пастер и показал, как исключить жизнь из стерильной среды, он не помог нам понять, как миллиарды лет назад на юной Земле воцарилась жизнь. В 1880 году немецкий эволюционный биолог Август Вейсман (1834–1914) сформулировал важный вывод из биогенного закона, обращенный назад, к первоисточнику: «Ныне живущие клетки могут проследить свою родословную до древнейших времен». Другими словами, должна быть общая предковая клетка. И это, конечно, приводит нас к революционной работе Чарльза Дарвина «Происхождение видов», вышедшей в 1859 году. Дарвин (1809–1882), а также британский натуралист и исследователь Альфред Рассел Уоллес (1823–1913) утверждали, что у всех созданий случаются вариации или изменения видовых признаков, которые передаются последующим поколениям. Некоторые вариации оказываются выгодными формами, которые процветают в каждом последующем поколении, и так они – и их гены – становятся более распространенными. Это естественный отбор. Со временем, когда новые версии признаков накопятся, линия может измениться настолько, что больше не сможет обмениваться генами с другими линиями, которые когда-то были ее родичами. Так рождается новый вид.

Несмотря на эти продвижения в науке, у витализма даже в ХХ веке были пламенные защитники. Среди них был Ханс Дриш (1867–1941), выдающийся немецкий эмбриолог, обратившийся к идее энтелехии (от греческого слова entelécheia ), которая предполагает необходимость «души», «организующего поля» или «жизненной функции» для одушевления материальных составляющих жизни. Иного пути разрешения проблемы формирования тела из неструктурированной отдельной клетки он не видел. В 1952 году великий британский математик Алан Тьюринг показал, как у эмбриона может появиться структура de novo {29} 29 Turing, A. M. Phil., Trans. R. Soc. Lond., B237, стр. 37–72 (1952). . Подобным же образом французский философ Анри-Луи Бергсон (1859–1941) постулировал élan vital (жизненный порыв) для преодоления сопротивления инертной материи при формировании живых тел. Даже в наше время, хотя самые серьезные ученые считают витализм давно опровергнутой идеей, некоторые не отказались от представления, что жизнь основана на какой-то мистической силе. Вероятно, это не должно удивлять: слово «витализм» всегда имело столько же значений, сколько и сторонников, а общепринятое определение жизни отсутствует до сих пор.

В наше время появилась новая разновидность витализма. В этой более изощренной форме упор делается не столько на присутствие искры жизни, сколько на то, что современные редукционистские, материалистические объяснения неспособны объяснить загадку жизни. Это направление мышления отражает убеждение, что сложность живой клетки возникает в ходе множества взаимодействующих химических процессов, образующих взаимосвязанные циклы с обратной связью, и все это не может быть описано лишь в понятиях тех процессов и реакций, из которых оно состоит. В результате витализм сегодня проявляется в облике смещения акцента с ДНК на «эмерджентные» свойства клетки, которые оказываются чем-то бóльшим, чем сумма ее молекулярных частей и того, как они работают в конкретной среде.

Результатом этого нового утонченного витализма становится стремление некоторых ученых принизить или даже игнорировать центральную роль ДНК. По иронии судьбы редукционизм не помог. Сложность клеток, вместе с продолжающимся подразделением биологии на учебные дисциплины в большинстве университетов, привела многих на путь „белкоцентричности“, противостоящей ДНК-центричному взгляду на биологию. В последние годы ДНК-центричная точка зрения все сильнее склоняется к эпигенетике, системе «переключателей», которые включают и выключают гены в ответ на такие факторы окружающей среды, как стресс или питание. Многие сейчас ведут себя так, как будто область эпигенетики на самом деле отделена и независима от биологии, основанной на ДНК. Когда кто-то начинает приписывать цитоплазме неизмеримые свойства, он тем самым невольно попадает в ловушку витализма. То же самое относится к подчеркиванию загадочных эмерджентных свойств клетки помимо ДНК, что равносильно возрождению принципа Omnis cellula e cellula и идеи, что все живые клетки происходят от ранее существовавших клеток.