Тонкая и элегантная книга о богатом внутреннем мире живых клеток. Что “воспринимает”, “знает” и “помнит” бактерия или отдельная клетка многоклеточного организма? Опасный заход, который запросто может привести или к панпсихизму с объявлением всех кишечных палочек думающими чувствующими существами, или к вульгарному механистическому подходу. Но у автора получилось удержать равновесие и просто рассказать, как можно рассматривать жизнь клетки с точки зрения ее работы с информацией. Я бы не стала читать эту работу, если бы не регалии Денниса Брея, который является вполне нормальным, признанным академическим биологом, профессором, автором публикаций в рецензируемых журналах. Регалии не страхуют человека от порождения замысловатых и завиральных идей, но обычно в своей области он остается тверд, а тягу к причудливым выводам реализуют на соседних полянах.
В лучших главах книги автор рисует фантастическую картину жизни клетки – миллиарды сложных белковых молекул, у каждой из которых есть уникальный “интерфейс”, регулирующий взаимодействие с другими молекулами. Про некоторые из них можно очень грубо сказать, что они могут выполнять функции элементарных ячеек памяти, а также за счет присоединения и отсоединения энзимов над этими значениями могут выполняться основные логические операции. Молекулы белка в комплекте с энзимами делают примерно тоже самое, что транзисторы, а раньше – электрические лампы. Одно есть отличие: транзисторы и лампы находятся там, куда их поставили, и на входящий сигнал реагируют единообразно. С клеточными механизмами сложнее – там играет большую роль случайность броуновского движения. Чаще всего энзим присоединяется, куда надо, и каскад реакций продолжается. А иногда – нет, потому что это, все-таки, стохастический процесс. Но эта неполная предопределенность делает живое только устойчивей.
В книге приводится несколько примеров каскадов реакций, стартующих от рецептора: когда во внешней среде появляется появляется целевая для этого рецептора молекула, он ее присоединяет к себе, а на другом конце выдает некое изменение, которое улавливается следующей целевой молекулой и дальше ведет к неким действиям со стороны клеточной машинерии. Это абсолютно невозможно пересказать – автор-то пересказывает огромный пласт фактических знаний, которые у него есть, но замечательно интересно читать. Трудно поверить, что наша жизнь висит на таких тонких ниточках – подобных реакций в каждой клетке каждую секунду идут… не знаю, тысячи, десятки тысяч, а все же сводится к тому, вдохнешь еще раз или нет.
У кишечной палочки около десяти тысяч рецепторов, которые меряют концентрацию разных веществ в окружающей среде. Еще у нее есть пять-шесть “моторов”, разбросанных по поверхности, каждый из них способен создавать вращательный момент жгутику. Мотор – буквально ротор, собранный из белковых молекул, его вращает поток протонов, втекающий в нижний слой мембраны через восемь специализированных протеиновых за счет разности потенциалов. Я отдельно посмотрела ролик с схемой, он поражает тем, что движение жгутиков сводятся, в конечном итоге, к маленькому моторчику, собранному буквально из молекул – такой же моторчик может быть и в заводной игрушке. То, как бактерия “запоминает” и “решает” тоже сводится к “игрушечным” соединениями и разъединениям белков, кажется, что такое можно чуть ли не на лего смоделировать. Но количество подобных реакций таково, что отрицает всякую возможность точного анализа.
И это у бактерий. Эукариоты – крупные клетки с ядром и множеством других органелл устроены радикально сложнее маленьких бактерий (в конце концов, каждая клетка животного содержит в себе множество бывших бактерий – митохондрий, который сохранили свой отдельный геном, отбросив все функции, кроме выработки энергии), у них тоже все процессы завязаны на работу молекулярных машин, вычислительная мощность клетки еще больше, а любое многоклеточное состоит из невероятного количества отдельных клеток (человек – примерно из 50 триллионов).
И тут автор говорит нам: если протеиновые молекулы с энзимами могут служить основой для базовых логических операций, то из них могут быть сформированы конгломераты для обсчета нужных для клетки алгоритмов, хранения какой-то информации (например, о том, какова была концентрация определенных молекул в среде некоторое время назад), делать оптимальный выбор из нескольких вариантов – вести себя. В сообществах информационная работа становится более сложной – даже бактерии, которым до основы многоклеточной жизни, клеток-эукариотов, по сложности – как до неба, весьма кооперативно себя ведут, когда образуют, например, бактериальные пленки. Сверху такие пленки покрыты прочным полимером, который держит всех на одном месте, в случае нехватки питания часть клеток гибнет, они там обмениваются химическими сигналами и иногда могут даже “делиться” разными продуктами метаболизма между собой. Налет на зубах, кстати, представляет собой бактериальную пленку, довольно сложно устроенную.
Изумительно интересно, как мягкое и хаотическое действительно формирует из себя wetware, основу для буквально цифровых вычислений. ДНК работает не как аналоговая, а как цифровая система записи и обработки информации. Многие реакции тоже цифровые, бинарные. Отдельно здорово вспомнить, что именно это когда-то предсказывал Шредингер в своей совсем уже поздней работе о том, что такое жизнь – ДНК тогда еще не открыли, но он предположил, что наследственная информация должна кодироваться и передаваться.
И то, что жизнь кодируема, заставляет задуматься о ее моделировании в чисто цифровом виде. Но тут уж вступают в силу ограничения сложности системы неизбежная неопределенность, которая порождается природой этих клеточных реакций – вроде оно и идет вполне жестким, заданным каскадом, а вот и не всегда. Это по-своему очень приятно.