Как биологи ищут «формулу жизни»
  вернуться Время чтения: 8 минут   |   Комментариев нет
Сохранить

Как биологи ищут «формулу жизни»

Рассказываем о книге, посвящённой тому, как учёные ищут ответы на самые важные вопросы об устройстве природы.

Мы уже писали об эво-дево — эволюционной биологии развития, науке, которая стремится объяснить, как качества живых организмов формируются на ранних стадиях развития. Специалист в эво-дево и автор исследования «Бесконечное число самых прекрасных форм. Новая наука эво-дево и эволюция царства животных» Шон Кэрролл написал также «Закон “джунглей”. В поисках формулы жизни» — книгу о великом поиске биологов.

Большинство людей — практики, то есть скорее интересуются тем, что имеет к ним непосредственное отношение. Даже те, кто имеет склонность к теоретизированию, не станет отвергать значимость первых этажей знаменитой пирамиды Маслоу. Ведь когда не можешь справиться с болезнями и голодаешь, не до разгадывания тайн природы вроде миграций птиц или саморегуляции водоемов.

Бенгальский тигр. Относится к исчезающим видам.
(источник: Pinterest)

Однако Шон Кэрролл советует пересмотреть критерии практического. Приводя в пример работу крупных учёных ХХ столетия, он предлагает разобраться в том, как работают глобальные законы природы, в том числе, те, что не имеют, на первый взгляд, непосредственного отношения к организму человека. Именно потому, что они тоже могут в какой-то момент оказаться для нас жизненно важными.

В пример он приводит пассажиров «Титаника», которые, скорее всего, больше интересовались меню в ресторане, чем скоростью и курсом лайнера. Невысказанный финал этой аналогии предсказуем и печален.

Одно из главных настроений книги — обеспокоенность экологическим состоянием планеты. На протяжении долгого времени люди охотились на животных безо всяких ограничений, изменяли ландшафты и нарушали экосистемы. К каким последствиям это может привести?

Согласно статистике, которую приводит Шон Кэрролл, популяция акул за последние 50 лет сократилась на 90-99 процентов. Это огромные потери, особенно учитывая, что до середины ХХ века, когда им пришлось особенно туго, акулы обитали в океанах уже 400 миллионов лет. Сделать разумные выводы о том, чем нам может грозить уменьшение биологического разнообразия, и так ли существенно антропогенный фактор влияет на состояние планеты, можно только имея представление о том, как именно саморегулируется природа.

Антилопа гну.
(источник: AZ Animals)

В «Законе “джунглей”» Шон Кэрролл собрал истории исследований и прорывов, которые если не дали нам полное осознание механизмов, которым подчинена природа, то, по крайней мере, приблизили к пониманию принципов, связанных с развитием и поведением различных видов, а также тканей и клеток живых организмов. Вкратце расскажем о некоторых исследователях, которых упоминает Шон Кэрролл в своей работе.

Все эти учёные открыли правила некоторых фундаментальных законов. Эти законы определяют, как все живые существа на этой планете занимаются самыми обычными выещами — развиваются, питаются, размножаются и гибнут.

Уолтер Кеннон 

Этого американского физиолога многие знают по описанию реакции «бей или беги». Кеннон обнаружил этот механизм, изучая, как животные переносят стресс. Есть и обратный эффект — тоническая иммобилизация. В этом случае живое существо словно каменеет и замирает. Также Кеннону принадлежит термин гомеостаз, обозначающий способность живой системы сохранять равновесие.

Шон Керролл отмечает в качестве самых существенных открытие Кеннона о том, что регуляция — центральный вопрос физиологии. Соответственно, нарушение регуляции — главная проблема медицины. В пользу этого говорит идея о том, что множество лекарств, которые есть на вооружении у врачей, вырабатываются самим организмом и служат для самоподдержки.

Чарльз Элтон

Этолог и зоолог, исследователь «экономики природы» (так Шон Керролл поэтически обозначает науку о миграциях и цикличных процессах, в которые вовлечены виды). Считается одним из основателей популяционной экологии — науки, которая изучает популяции и колебания численности животных. До возникновения этой дисциплины не было чёткого представления о поведении популяций. Прежде рассматривали в большей степени отдельных представителей видов, не пытаясь систематизировать знания о том, как сложно организуются совокупности живых существ.

Чарльз Элтон пришел к выводу о том, что саморегуляция является основной проблемой природы в фундаментальном плане. Графически представив экосистему, он пришёл к идее экологической пирамиды — изучая такие схемы, можно понять, что дают друг другу представители различных видов, что они друг у друга забирают и как организовано это сложное равновесие.

Сложнейшая экосистема — Большой Барьерный риф в Австралии.
(источник: National Geographic)

Жак Моно

В ходе исследований процессов, происходящих в живой клетке, биохимик и микробиолог Жак Моно стремился понять, какие питательные вещества нужны клетке, и от чего зависит количество клеток. Какие законы управляют регуляцией ферментов? Как микробы узнают, что надо выработать тот или иной расщепляющий фермент, чтобы переварить тот или иной сахар, если у них нет даже нервной системы? Ответом на этот вопрос тоже оказалась регуляция. Во время опытов Моно выяснил, что у фермента и лактозы есть посредник — белок-репрессор. Фермент, расщепляющий сахар, вырабатывается в ответ на лактозу, когда срабатывает (ингибируется) репрессор и активизируется ген фермента.

Логика, лежащая в основе таких процессов, полезна не только для того, чтобы разобраться, как функционируют бактерии, питающиеся сахаром, но и для понимания множества вещей, которые происходят в природе.

Просто количество шагов внутри причинно-следственной цепи может быть сложнее, и потому многие процессы могут казаться нам необъяснимыми. Однако на деле за ними стоят цепочки взаимообусловленных механизмов, с помощью которых организмы приспосабливаются к среде и благополучно в ней существуют.

Ансел Киз

Физиолога Ансела Киза многие знают как специалиста в области питания и создателя сухих пайков для американских военнослужащих. В ходе экспериментов он сделал вывод о связи сердечно-сосудистых заболеваний с холестерином и насыщенными жирами. Надо сказать, отношение к этому вопросу в Америке середины прошлого века может привести в ужас всякого последователя ЗОЖ. Кроме маргаринов, жирных масел и обжарки чего угодно во фритюре, в ходу были даже «жировые добавки для набора веса» (их рекомендовали, в частности, девушкам, желающим обрести формы — в послевоенном мире это ценилось).

Ансел Киз стал задумываться: почему одни люди умирают от сердечных приступов, а другие нет? В рамках исследования этого вопроса он проводил на добровольцах опыты, включая долгую диету («миннесотский голодный эксперимент», который сегодня вызывает вопросы из-за недостаточно щадящих методов). Сперва врачи скептически отнеслись к выводам Киза о связи холестерина в сыворотки крови с сердечными заболеваниями. Изучив механизмы атеросклероза, Киз сделал вывод о том, что связь существует.

Винтажная реклама.
(источник: Tumblr)
Законы регуляции холестерина описали впоследствии Джозеф Гольдштейн и Майкл Браун (за «открытия, касающиеся обмена холестерина и лечения нарушений уровня холестерина в крови» они получили совместную Нобелевскую премию).

Также Шон Кэрролл останавливается на ключевых моментах из исследований Джанет Дэвисон Роули, которая доказала, что рак является генетическим заболеванием, Акиры Эндо, изучавшего сахарный диабет и предложившего статиновую терапию, зоолога Роберта Пэйна, который, удалив из отдельно взятой экосистемы хищных морских звёзд, сделал выводы о том, как хищники регулируют биоразнообразие. Каким бы разным материалом эти учёные ни оперировали, у всех них есть нечто общее — стремление найти алгоритмы, по которым функционирует природа.

«Почему дерево зелёное?» — спросил Смит, глядя в окно.
«Хлорофилл», — ответил студент, правильно назвав содержащийся в листьях пигмент. Но Смит клонил не к этому.
«Почему вся эта зелень не съедается? Тут же тучи насекомых. Может, их кто-то контролирует?»
(Шон Кэрролл приводит диалог, который состоялся на занятии эколога Фреда Смита в Гарварде)

Почему же насекомые и травоядные не съедают всю листву? Какая логика стоит за колебаниями численности популяций? Почему все животные не приобрели гигантских размеров, чтобы не иметь естественных врагов, раз уж это биологически выгодно? Узнать ответы на множество вопросов о том, как работает природа, поможет книга Шона Кэрролла, который потрудился собрать факты из жизни и работы множества исследователей.

Все молекулы в организме присутствуют в определённой концентрации; все виды клеток порождаются в определённом количестве; процессы регулируются определённым набором веществ. Эти вещи кажутся сперва удивительными и непостижимыми. Однако, начиная их изучать, понимаешь, что за ними стоит определённая логика, выработанная тысячелетиями эволюции.

Понимание «законов джунглей», которым подчинена природа — не только интеллектуальный вызов для учёного, но и способ предотвратить глобальные катастрофы. А значит, эта тема касается всех жителей планеты.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

статьи по теме

11 приложений для изучения биологии и медицины

Биология: Подборка образовательных фильмов о теле человека

7 документальных фильмов о технологиях, природе и человеке