Tag Archives: биология

Кваковый компьютер

Wetware: A Computer in Every Living Cell

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.

Фантастические твари и где они обитали

Похождения видов. Вампироноги, паукохвосты и другие переходные формы в эволюции животных

Если коротко, то “Похождения видов” – это объемная работа, посвященная, преимущественно, основному предмету научных интересов автора – беспозвоночных эдикария и кембрия. Это аммониты и трилобиты, губки, продвинутые бродячие многощетинковые черви, кольчецы, гребневики. Вендобионты! Никаких обещанных в аннотации древних китов и динозавров, про кита там есть только один раз, и то в контексте пожирания китового скелета моллюсками.

Пока читала, много думала о научно-популярной литературе в принципе. Вот есть большая и серьезная книга, которую отдельно проверили пять научных редакторов, чтобы в описание какой-нибудь кутикулы конечности радоскорпиона не вкралась позорная ошибка. Но не учебник. И не то что бы совсем популярное чтение, потому что текст отдаленно напоминает свой предмет – толстый геологический пласт, в котором много маленьких и важных в своей массе скелетиков и ракушек, среди которых иногда встречается какой-нибудь потрясающий организм, и ты такой: вау! А потом снова бесконечные скелетики, которые, безусловно, важны для науки, но несколько однообразны. Массив текста примерно такой:

Поскольку челюсти появились у кольчецов, имевших опорные щетинки (к которым крепятся мышцы параподий), можно предполагать, что и этот важный элемент двигательный системы тоже возник у ордовикских бродячих червей.

Или что-нибудь смешное, но только в силу смешения научного языка с бытовым:

Чтобы интроверт мог свободно ходить туда и сюда, центральная нервная система обернулась вокруг него окологлоточным кольцом.

Я могу читать такое километрами – замечательно медитативное занятие представлять себе древний океан, в котором живут совсем другие, инопланетные (и состав-то океана был не такой, как сейчас) существа, постепенно усложняющиеся или упрощающиеся. Особенно здоровская часть посвящена загадочным вендобионтам, которые жили в эдикарии, и даже не очень понятно, кем именно они были. Вроде бы бродили по дну, волоча за собой хобот, которым собирали питательный осадок. Но крайне сомнительно, чтобы они были настоящими многоклеточными животными. Я бы прочитала отдельную книгу про вендобионтов!

С другой стороны, пока читаешь, отчетливо понимаешь, что ничего из деталей не запомнишь никогда, сам текст для этого не предназначен. Даже общую картину составить трудно, потому что автор полностью сконцентрировался на своей специализации и, если кто-то другой, например, древние крупные млекопитающие и упоминаются, то только в связи с тем, что в останках клеща с Гаити, которого в середине кайнозойской эры запечатало в янтаре, нашли красные кровяные тельца млекопитающего, в которых, в свою очередь, нашлись кровяные паразиты – споровики пироплазмиды. Но вообще о том, как эти штуки из океана сосуществовали с бактериями, другими животными и растениями, нет. Даже про насекомых там начался многообещающий кусок, какие у них крылья потрясающие и какие они эффективные, но потом автор такой: но полно о насекомых, в конце концов, их эволюция – это всего-лишь спин-офф основной рачьей истории.

Но еще с другой стороны, о таких книжках я и мечтала: чтобы ученый взял и написал вот именно о своей работе, но довольно понятно. Экспедиции, двадцать кг образцов в багаже, вглядывание в тысячи отпечатков маленьких усиков. Наверное, такая работа создает более верное впечатление о палеонтологии, чем более удалые тексты. Например, понимаешь, что суждения о том, каким было крошечное животной двести пятьдесят миллионов лет назад – это не домысел, а всегда результат статистического анализа множества разных следов, достижений молекулярной биологии, расчетов нагрузок методом конечных элементов. Как реконструкция картины преступления по трем молекулам. И никакого фан-сервиса в виде динозавров!

Обычно научно-популярным книгам добавляет огня какое-нибудь мощное обобщение, одна занимательная мысль, которую потом можно ходить и пересказывать всем, кто готов слушать. В предыдущей работе Андрея Журавлева “Сотворение Земли. Как живые организмы создали наш мир” как раз была такая сверх-идея – 3000 из 5000 минералов, которые можно насчитать на нашей планете, созданы активностью живых организмов. На мой вкус, это книга-блокбастер, прочитать – ну как человеку, видевшему только передачи на черно-белом телевизоре, сходить в IMAX на “Аватар”, только с верой, что все показанное – чистая правда за давностью полумиллиарда лет. В “Похождениях видов” такого сквозного гвоздя нет, если не считать заявленного и выдержанного намерения описывать переходные формы и общую плавность эволюции. Мандибулы действительно модифицируются постепенно. Или вот еще – книга здорово показывает конвергентность эволюции: если рассматривать много разных существ на длинных промежутках времени, то видно, как похожие решения реализуются разными способами. У гребневиков тоже есть простая нервная система, но нейромедиаторы там совсем другие, нежели у всех остальных животных! То есть, когда-то две ветви развития разделились от последнего общего предка, не имеющего никакой нервной системы, а потом организмы выстроили в себе нейросети, построенные на одинаковом принципе. Или камерные глаза, которые есть и у человека, и осьминога – но развились параллельно, без заимствования.

И отдельное, важное чувство, которое вызывает книга – это ощущение, насколько же любая жизнь сложно устроена. Любой червь фантастически хитро сконструирован, даже удивительно, что такое работает, но работает совершенно замечательно, с многими уровнями запаса прочности.

В идеальном мире каждый исследователь написал бы по такой книге! В реальности же “Похождения видов” наводят на мысль, что чтение – это очень разноплановая активность, видов чтения – как видов кольчецов, просто море. Я прочитала эту работу линейно: открывала за обедом и перед сном айпэд и читала, не отвлекаясь на другие книги. А слушаю сейчас параллельно новый большой роман To Paradise Ханьи Янагихары, который на “Похождения видов” похож типом авторского взгляда на героев – не лишенного прохладной симпатии, но исполненного, преимущественно, исследовательского интереса. Возможно, “Похождения видов” стоит читать как-то иначе – как чтение-проект: брать по главе в неделю и встречаться там с разными фантастическими тварями.

От тараканов, крыс, мышей

Fuzz: When Nature Breaks the Law

Мэри Роач – исключительно продуктивный и бодрый автор, очень может быть, что вы знаете ее книги о самых конкретных деталях бытования в космосе, жизни на войне, процессов, происходящих с человеческими телами, пищеварении, сексе, приведениях. Она для всех своих работ собирает большой полевой материал – обязательно выезжает в лаборатории, на полигоны и в джунгли, везде, куда только понадобится, и берет много-много интервью с теми, кто профессионально работает в ее теме. Уважаю! Вот это подход. В отечественной традиции я сходу могу вспомнить только книгу “Страна отходов”, автор которой вовлекся в свой предмет еще больше: считал и взвешивал свой мусор, фотографировал мусор, брал глубинные интервью целыми сериями у людей, которые живут на мусорных полигонах и зарабатывают сбором мусора, работал с учеными и чиновниками.

Для своей новой книги Fuzz: When Nature Breaks the Law Роач тоже съездила в несколько экспедиций и проинтервьюировала самых разных специалистов по контролю численности хищников, вредителей и нежелательных видов животных. Замысел у книги был в том, чтобы рассказать о том, как животные, иногда целые виды животных и даже деревьев иногда бывают вовлечены в правовой конфликт с людьми, внезапно становясь не объектом, а субъектом права. Были процессы над тиграми и слизнями, в результате которых выносились самые разные решения. Но свелось все к описанию того, как именно люди отпугивают и уничтожают животных, которые им мешают. В основном, травят крыс.

Любому другому автору такой номер: пообещать про реку, наделенную гражданскими правами, а рассказать, как именно работает крысиный яд, крысоловка и клеевая ловушка, не сошел бы с рук. Роуч провернула этот номер, отзывы на книгу вполне хорошие. Нужно признать, что фактоиды в книге собраны занимательные: одна идея того, что Индия пытается бороться с повышением численности городских макак с помощью обезьяньих оральных контрацептивов и стерилизаций, настолько абсурдна, что оправдывает существование всей книги. Кроме того, там есть детсадовского стиля, но смешная история, как ЦРУ установили специальные какашоуловители в туалете Хрущева во время его визита в США, чтобы узнать какую-нибудь великую советскую тайну, и крайне мрачная деталь из времен 11 сентября – фрагменты человеческих тел из руин выбирали долго, и уже дня через три возникла проблема чаек, которые слетелись в страшных количествах – отгонять их от такой большой площади было трудно.

Но больше всего там про крыс и мышей. Из практических выводов: и правда, не надо использовать клеевые ловушки, они очень жестокие. А также стоит выбирать яд по его действию антикоагулянты самые дешевые, но тоже плохие совсем. От себя добавлю, что если мышь одна и явно попала в дом случайно, ее можно поймать в ловушку из поллитровой банки, пятирублевой монеты и приманки, а потом выпустить.

И спасибо за рыбу

Why Fish Don’t Exist: A Story of Loss, Love, and the Hidden Order of Life

“Почему рыбы нет” – страшно нахваленная книга прошлого года, которую толком никто не может описать: это… это биография ученого-ихтиолога, о котором вы никогда не слышали – Дэвида Старра Джордана, но еще философское эссе о борьбе с энтропией и немного мемуары автора. Кроме обещанного в книге есть еще пара экскурсов в историю евгеники в США, душераздирающее интервью с жертвой принудительной стерилизации, анти-расистский памфлет, краткое описание важной проблемы развития ихтиологии и настоящий детектив!

Но лучше всего работу описывает мем про рыбу выгулять, который замечательно точно рисует портрет автора в процессе непростых жизненных исканий (в конце у нее все хорошо, и даже настолько, что она не удерживается, чтобы не вставить в аудиокнигу, которую сама же начитала, голосок маленького сына, пытающегося произнести новое для себя слово fish):

Кстати об энтропии – это одна из модных сейчас тем в нон-фикшине. Я в прошлом году прочитала две работы на эту тему: The End of Everything: (Astrophysically Speaking) и Until the End of Time: Mind, Matter, and Our Search for Meaning in an Evolving Universe – астрофизики подробно рассказывают, как второе начало термодинамики приведет к неизбежной победе хаоса и полному исчезновению всякой упорядоченности в мире, любой структуры. Как погаснут все звезды, испарятся черные дыры, распадутся элементарные частицы, энергия перейдет в тепловую форму и даже сам вакуум деградирует. Это будет нескоро, но я так приуныла, пока читала, что даже не написала отзывы.

Одна из логических линий книги “Почему рыбы нет”, как раз об этом – там автор выводит Джордана как борца с хаосом, выстраивателя системы. Брал он разных, беспорядочных рыб, давал имена и собирал в систематизированную коллекцию. Для самой Миллер это важная тема – можно ли в мире случайностей и хаоса как-то обрести порядок. Она описывает свой детский разговор с отцом: как задала вопрос о смысле жизни, а он ей рассказал о втором начале термодинамики, которое всех съест. Эта идея произвела на нее колоссальное впечатление. Тут я немного смутилась, потому что уж пару лет назад успела поведать сыну о неизбежности тепловой смерти Вселенной, погасших звездах, испарившихся черных дырах. Недавно он, правда, сказал мне – посреди прогулки по высоким сугробам – что все хорошо обдумал и понял, что, раз Вселенная бесконечна, то она не может считаться замкнутой системой, и второе начало неприменимо. Но мне кажется, что это было его способом позаботиться о моем душевном спокойствии.

У Джордана в жизни был эпизод, когда землятресение вытряхнуло с полок все сотни и сотни образцов его коллекции в лаборатории Стэнфорда, и заспиртованные рыбы перепутались на полу. Тогда он 1) заставил помощников поливать их холодной водой из шлангов, пока не добыл нового спирта 2) начал подбирать то, с чем мог разобраться, и пришивать таблички с названиями прямо к рыбам. Эти действия кажутся автору символом несгибаемого научного духа и попыткой победить подступающую волну хаоса. Сначала она узнала именно об этом эпизоде из биографии основательно подзабытого уже ихтиолога и начала исследовать его жизнь поподробей.

И тут случился прям поворотище! Во-первых, Джордан с непринужденностью, свойственной прекрасной эпохе, упрощал сбор коллекции рыб, подсыпая в прибой стрихнина. Очень хвалил в своей книге такой метод. И, в добавок, когда миссис Стэнфорд (мать-основательница знаменитого университета) набрала на него достаточно компромата, чтобы сместить с поста Президента-основателя Университета, она сама умерла при загадочных обстоятельствах. Сначала она выпила на ночь подозрительно горькой воды, но успела принять меры по спасению и не пострадала. Чтобы восстановиться от потрясения, миссис Стэнфорд отправилась на Гавайи, где вечером снова выпила стакан воды с содой, после чего умерла в судорогах, успев прошептать “Все-таки меня отравили”. Следы стрихнина обнаружили. Джордан объявил, что едет за телом, на островах заплатил за собственную экспертизу обстоятельств смерти, оплаченный им врач, который не видел ни тела, ни стакана с водой, опросил компаньонку и все объяснил: миссис Стэнфорд скончалась из-за слишком плотной трапезы на пикнике и потому что долго сидела, облокотившись на руку. Джордана ни в чем не обвинили, какое-то время он еще поработал в Стэнфорде канцлером. Его именем назвали множество разных топонимов, премий, и, конечно же, рыб.

Кроме того, что Джордан – предположительно – успел побыть персонажем романа Агаты Кристи, он отличился еще бурной поддержкой евгеники, и даже убедил какую-то богатую вдову дать пол миллиона долларов на создание исследовательского центра по этой теме (500 000 долларов сто лет назад были намного полновесней, чем сейчас). Американская евгеника – позорная страница истории. Вообще, тему с евгеникой начал двоюродный брат Дарвина, который так впечатлился идеей развития видов, что решил применить ее к человеку. Он написал свою книгу, которую бурно подхватили в Америке. Учитель и наставник Джордана, выписавший ему путевку в научный мир, был большим последователем идей улучшения человеческого рода и, в частности, считал, что “ленивые и недостойные” животные могут деградировать, становясь еще более ничтожными. И человек тоже не избавлен от этого риска. Сам Джордан много вложил в идеи евгеники и успел выступить с яркими заявлениями о биологическом неравенстве рас, необходимости стерилизации всех негодных людей, спасению человечества и так далее. Медицинская этика – относительно недавнее достижение человечества, поэтому волна евгенических увлечений породила отвратительную практику насильственных стерилизаций во многих штатах и, косвенно, принудительные лоботомии, которые делались десятками тысяч.

Вокруг этой биографической линии автор выкруживает рассуждения о том, что стремление защититься от хаоса жизни, водворять порядок и есть корень той же евгеники. Джордан представлял себе дерево жизни как иерархию, где одни виды лучше и совершенней других. И что хаоса лучше не бояться, потому что это жизнь, а порядок – не совсем.

И в самом конце случается совсем уж неожиданный твист: по некоторым версиям современных систематиков такой группы животных как “рыбы” вообще не существует, потому что объединять всех челюстноротых позвоночных, живущих в воде, имеющих жаберное дыхание, в одну категорию – неправильно, и многие “рыбы” имеют крайне мало общего друг с другом. Вот тебе, Дэвид Старр Джордан, великий систематик-ихтиолог, рыбы нет.

Толкователи колец

Tree Story: The History of the World Written in Rings

Дендрохронолог рассказывает, как изучения колец деревьев помогает делать выводы о климате и истории. Оказывается, для анализа не нужно обязательно пилить дерево, чтобы получить “шайбу”, достаточно вытащить с помощью специального бура длинный тонкий керн, а дерево даже не пострадает.

Общая идея: плохой год – дерево не набирало объем, кольцо сформировалось тонкое, хороший год – дерево заметно потолстело и кольцо толстое верна. Только иногда деревья не формируют ни одного кольца, если уж совсем плохо было, а могут и два. Но редко. А так да, детское это представление правильное, вопрос в деталях. Автор рассказывает, что, когда исследователь много работает с образцами из одного региона, то он натренировывается видеть характерный отпечаток колец, по которому сразу видит определенные последовательности особенности годов, задающие заметные (для исследователя) последовательности колец. От этих маркерных колец хорошо отсчитывать остальное.

Поскольку деревья живут долго, то благодаря перекрывающимся периодам можно составлять непрерывную хронологию! От живых, точно продатированных деревьев, через какие-нибудь бревна, выловленные из болотного ила, к совсем древним деревьям из археологическим раскопкам. В некоторых регионах удалось создать четкие таймлайны из колец на несколько тысяч лет – и по этим данным видно, какими были сменяющиеся сезоны. Данные сопоставляются с другими данными, и вырисовывается картина, например, неурожаев, губящих целые цивилизации. Или периодов колоссального благополучия.

Или вот интересно: хорошо можно снять картины лесных пожаров, потому что взрослые сильные деревья пожары обычно переживают, но остаются следы. по которым все видно. В Калифорнии сделали четкий таймлайн частоты возгораний и увидели несколько пиков частоты серьезных пожаров. И один из них случился во второй половине восемнадцатого века, очень заметно: даже не пик, а ступенька от меньшей частоты к бОльшей. Основная версия состоит в том, что это последствия того, что индейцы окончательно прекратили практику профилактических поджогов подлеска, которая была частью их своеобразного сельского хозяйства – и подлесок разросся, создавая условия для серьезных лесных пожаров. Интересно, что ровно тоже самое я недавно прочитала в книге Land: How the Hunger for Ownership Shaped the Modern World: аборигены Австралии постоянно создают очаги “холодного пламени”, которое выжигает опасную часть растительности и блокируют пространство для огромных страшных пожаров. Но эта практика угасает вместе с другими традициями аборигенов. Не знаю, насколько это правдивый тезис, повторение в двух независимых источников интересно.

В книге очень аппетитно рассказывается о работе дендрохронолога, полной самых разных путешествий и приключений. Вот эта простая на вид идея анализа колец имеет множество хитроумных применений. Можно исследовать частоту извержений вулканов. И частоту ураганов в Карибском море в семнадцатом веке – по остаткам затонувших пиратских кораблей. Можно развеивать местные мифы о древних деревьях или находить действительно невероятно старые деревья. Искать причины крушения цивилизаций.

Отдельно приятно, что автор с большим уважением отзывается о российской школе дендрохронологии – и даже съездила в большую экспедицию в Якутию, где они взяли сотни кернов. Это все так классно описано, что я даже нашла описание краткого он-лайн курса по работе с образцами, специальным ПО и микроскопом! Это же еще и область судебной экспертизы: анализ колец используют для доказательств в делах, связанных с незаконными порубками, поэтому крен в ту сторону. А так бы интересно было собрать климатическую историю микрорегиона вокруг фермы, а что там было-то за последние сто лет.

До самых высот ползи

Хлопок одной ладонью. Как неживая природа породила человеческий разум

Фан-приквел к Sapience Юваля Харари – это не я, это автор сформулировал. Если продолжать эту логику, то не знаю, фан ли, но сиквел “Происхождение жизни. От туманности до клетки” Никитина. Объемный, продуманный обзор хода эволюции примерно от живой клетки к человеку разумному с несколькими сквозными линиями рассуждения.

Очень ценю книги, в которых явления, который обычно описываются в самых общих словах, объясняются в деталях. Например, фотосинтез, обычно сообщают, что за счет использования энергии солнечного света растения синтезируют сложную органику из углекислого газа, воды и небольших добавок. Но как, как можно посветить на углекислый газ, воду и добавки, чтобы получить из этого сахар? В “Хлопке одной ладонью” самые крутые, с моей точки зрения, части – это объяснения, пусть даже очень грубые – потому что для неспециалистов, как накопленные в тилакоиде протоны вращают шестигранный ротор на АТФ, формируя запас энергии. Животные в своих клетках тоже накапливают АТФ, чтобы потом использовать ее как единицу энергии – хотя вот эту часть, как именно АТФ отдает энергию, я не вполне уловила.

И при животном дыхании: кислород из гемоглобина переходит в клетку и попадает там в митохондрию. Дальше что-то не совсем ясное происходит, в результате чего “в железно-медных объятиях митохондрии” с помощью кислорода из длинных органических молекул выбивает электроны, которые как-то передвигаясь по мембране митохондрии заставляют пространство между двумя мембранами наполняться протонами и они, уравнивая потенциал, “раскручивают ротор АТФ-синтазы”, превращая ее в АТФ. Были условные сахара, их сломали до воды и углекислого газа, полученную энергию вложили в довольно сложный белок АТФ, которую почти любой фермент может “сломать” и высвободить энергию. Изощренная хитрая схема, чтобы органические молекулы (например, глюкозу) пересобрать в другую органическую молекулу АТФ, которую можно любым из тысячи ферментов снова слегка упростить, получив благодаря этому достаточно много энергии – причем, без участия опасного кислорода и целой митохондрии. Это очень логично, но вот как энергия химической связи АТФ переходит в механическую энергию сокращения мышечного волокна?

Еще в книге много поражающих воображение фактов. Например то, что переход к хищничеству – то есть, поеданию клетками других клеток, было огромным и неочевидным эволюционным шагом. Бактерия не может съесть бактерию, у нее мембрана так не гнется, чтобы кого-то обволакивать. Бактерии сначала растворяют, потом всасывают через мембрану молекулы. Пожирать может только клетка с гибкой мембраной, это бывает у архей и эукариотов, то есть, клеток с ядром – как у нас.

Поедание растений тоже непросто далось животным. Растительные клетки окружены грубой целлюлозной стенкой, которую умеют разлагать некоторые бактерии. Корова не умеет, например, и полагается на бактерии-симбионты. Скорее всего, так случилось, потому что древний предок всех животных – губки – питались бактериями без целлюлозы, наработать специальный фермент не успели, а потом их потомки уже слишком усложнились, и было поздно. “Изобретение” таких сложных штук как фотосинтез, дыхание, расщепление целлюлозы, доступно бактериям, которые исчисляются недоступными для более ресурсоемких существ количествами и обновляются с невероятной скоростью. Эукариоты и, тем более, многоклеточные могут эти полезные изобретения приобретать только вместе с бактериями-симбионтами.

Поверх собственно фактов и фактоидов автор развивает общую мысль, основательно опирающуюся на метафору эгоистичного гена Докинза: что каждый конкретный организм – это “плодовое тело” гена, бесплодные соматические клетки – рабы половых, которые несут гемоплазу сквозь поколения, как рабочие муравьи – придаток муравейника и его королевы. Но ход развития позволил соме приобрести некоторую независимость от генов: способность обучаться навыкам, которые не заложены в наследственности, что дает возможность конструировать все более сложные организмы для все более сложной среды, причем, с шансами на адаптацию к резкой смене условий. Локальным экстремумом этой независимости стал страшно сложный и ресурсоемкий человеческий мозг.

Про собственно мозг и нейроны отличные главы с ярким описанием, как именно нейрон принимает, обрабатывает и передает дальше сигнал. Там тоже есть скачок от овала к остальной сове – от получения нейроном множества нейромедиаторов и последующего потенциального действия собственно к мышлению. Но так это у всего человечества еще нет вполне ясного понимания. Особенно здоровский про гиппокамп есть тезис: это область мозга, где формируются воспоминания – и очень быстро, потому что там есть механизм усиления сигнала – ассоцитивная петля, которая зацикливает импульсы, отправленные из коры, чтобы они многократно курсировали по одной цепи нейронов. Фиксация же некой мыслительной прото-схемы в цепочке нейронов происходит от повторения сигнала, чисто физически, и эту закономерность гиппокамп использует, чтобы формировать цепочку быстро. В коре головного мозга тоже формируются устойчивые цепи нейронов, но это много раз должен повториться стимул и случиться реакция.

Там еще много такого есть – про дофамин (и описание клинических случаев, когда аутоимунная реакция на вирус уничтожила у нескольких десятков людей черное тело с дофаминовыми нейронами, потом эти люди просто сидели десятилетиями и смотрели в одну точку), баланс возбуждения и торможения сигналов, функцию сна и принцип работы кофе. Сознание же – вполне в духе многих современных работ на эту тему – оказывается побочным эффектом интерпретационной деятельности мозга, который постоянно стремится собрать из избыточного количества сигналов согласованную картину реальности.

Отличная, увлекательная и целостная книжка. Даже если вы не любите “про природу” или “биологию” – попробуйте. Есть одна проблема, которую надо просто пережить: в первых главах много насильственно вкрученного туда юмора – когда атом углерода называют четвероруким крепким хозяйственником, обозначения “очковая кобра” и “анальный переход” представляется автору невыносимо смешными, и он настойчиво доносит крупную соль каждой шутки до читателя. Но что хорошо – так это то, что шутки довольно быстро иссякают, а новые не придумываются, поэтому основная их масса сконцентрирована в начале. В остальном – здорово, желаю, в первую очередь, издания на английском языке, во вторую – как минимум, попадания в короткий список “Просветителя”. Как мне кажется, это вполне экспортный продукт с перспективой мирового успеха. Я бы еще десять таких книжек прочитала.

Игра ячеек

A Sting in the Tale: My Adventures with Bumblebees

A Sting in the Tale: My Adventures with Bumblebees

Шмели толстые и пушистые, а также полезные и практически безобидные, очень мало кусаются. Их крайне приятно фотографировать, у меня скоро на мини-выставку наберется снимков.

А жизнь у шмелей трудная и грустная, если разобраться. Молодая матка, вылетев из гнезда, спаривается с шмелиным трутнем и быстро закапывается на зимовку. На следующий год ей нужно очнуться (не у всех получается), разогреться, слегка отъесться нектаром, быстро найти подходящую норку. Сами они роют плохо, поэтому что-то чужое выискивают, брошеную мышиную нору, например. И там шмелиная королева должна как можно скорее выстроить свое королевство: запасти себе еды, отложить 16 яиц в утепленное гнездо и греть их, чтобы не замерзли, кормить-кормить личинки, и только потом, когда молодые рабочие шмелихи станут на крыло, королева уже сможет перестать самой летать за нектаром, а сосредоточится исклюительно на производстве новых и новых рабочих. В середине лета новенькие королевы и трутни улетят, а старое гнездо будет доживать по инерции, и к холодам все умрут. Но где-то устроятся спать молодые королевы.

Шмели тепленькие, около 35 градусов в активном режиме. Согревается быстрым дрожанием мощных летательных мышц в туловище. Пока не прогреется – не взлетит. Есть даже арктические шмели, они особенно большие и мохнатые. Но едят много, даже очень сытого шмеля от голодного истощения отделяет минут сорок.

А самое интересное вот что. Если взять за основу идею эгоистичного гена, которая, хотя и грубая, но понятная, то у каждого шмеля основная задача – обеспечить передачу своих генов дальше по цепочке потомков. У королевы степень родства с каждым из ее детей составляет 0,5 – половина ее генов, половина – того трутня, с которым она встретилась прошлым летом. Это довольно очевидная часть. А вот две рабочие шмелихи из одного гнезда имеют степень родства между собой уже 0,75, то есть, ближе, чем детско-родительская связь. Это потому что шмели-трутни появляются из неоплодотворенных яиц, то есть, без участия отца, и у них каждый ген представлен одним аллеем, а не двумя, поэтому и передает трутень потомству 100% своей наследственности, а не половину, как большая часть живых существ с половым размножением. Это поразительно. Соответственно, рабочая шмелиха имеет половину от генома матери и 100% от генома отца, который у них на всех один обычно.

И вот что получается – из соображений генетического родства рабочим шмелям “выгодно” заботиться о своих братьях и сестрах, не стремясь к личному размножению. Вылетят из гнезда сиблинги – молодые королевы и трутни – и понесут ее гены дальше. Обычно так и происходит. Но примерно 1,5-2% трутней каждого гнезда – не дети королевы, а внуки. Некоторые шмелихи реализуют альтернативную генетическую стратегию и откладывают свои яйца, которые, конечно, могут быть только неоплодотворенными, поэтому выводятся из них трутни – по отношению к этой рабочей пчеле в них нет ни одного “не ее” гена, так что игра имеет смысл. Королева гнезда старается найти этих незаконных внуков и загрызть, но вот же, некоторые выживают. Очень средневековая структура.

Еще бывают злодеи – королевы-кукушки, которые залетают в чужие гнезда, покушаются на королеву. Если удается убить – начинает откладывать яйца, и только с будущими королевами и трутнями, на рабочих уже не тратится, уже чужие есть. В некоторых гнездах находили по двадцать мертвых королев. Неизвестно, были ли это неудачливые претендентки или цепочка узурпаторш.

Отличная книга. Решила в следующем году посадить побольше цветочков, которые шмели любят.

Красное дыханье, гибкий смех

Происхождение жизни. От туманности до клетки. Михаил Никитин.

Хадкорный науч-поп о биохимических гипотезах возникновения жизни. Книжка обеспечивает читателю приключения духа, поскольку заставляет переваливать через сложные моменты, за поворотом которых открываются поражающие воображение виды. В отзывах ноют, что непонятно кому такая книга нужна – обычные читатели не поймут, потому что почти учебник, а специалисты и так все знают. Ну уж нет, это как раз научно-популярный труд для энтузиастов жанра. Он требует от читателя некоторой концентрации внимания, зато и отдачу дает. Бонус-трек: преодоление трудностей дарит радость познания.

Я вдохновилась на чтение после “Сотворения Земли” Андрея Журавлева, вместе эти книги составляют команду мечты. Журавлев больше пишет о всепроникающей преобразующей силе жизни – как бактерии, водоросли, растения и прочие создали привычную для нас атмосферу, тысячи разных минералов, изменили рельеф континентов, состав океанской воды и сделали Землю – Землей, а не Марсом. Никитин же детально описывает, как именно самая-самая первая жизнь могла появиться с учетом всех обстоятельств, включая астрономические.

Обычно же как пишут: вот был океан, густой доисторический бульон, и там ээээ… ну молекулы разные органические, и под влиянием ультрафиолетового излучения, а то и просто так эти молекулы все как-то усложнялись, пока не появились белковые цепочки, способные воспродить себя, а там и до настоящей жизни уже не далеко. Дорисуйте остальную сову!

Меня эта идея – описанная с большей или меньшей степенью лиричности – всегда казалась дико надуманой. Как, ну как органические молекулы могут собраться в какие-то аппаратики, копирующие базовую цепочку? Автор объясняет, как. Готовьтесь к сотням страниц детальнейших рассуждений.

Во-первых, место зарождения прото-жизни. Вероятно, это был не собственно океан, а окрестности термальных источников и геотермальных полей: там вода обогащена калием, фосфором и микроэлементами, есть постоянный источник тепла, есть пористые минеральный осадки в микроотсеках которых могут прятаться доклеточные формы жизни – крошечные поры в каком-то смысле заменяли им клеточные оболочки, есть солнце и есть защита от ультрафиолета, есть возможность испарения лужиц, что обеспечивает концентрацию солей.

Дальше сложно, но прям запределельно увлекательно. Совершенно абиогенно (без жизни) появляются четыре азотистых основания – на поверхности глины или оксидов железа/оксидов титана при ультрафиолетовом облучении. Как из них сложились молекулярные “машины копирования”? Прочитайте – останетесь с очень смутным, но просветляющим представлением. Там миллион формул, но это ерунда, потому что формулы тоже не демоны для пыток грешников придумали, они довольно наглядные.

Отдельный небольшой подсюжет посвящен исследованию хиральной чистоты живого вещества. Все белки живых тел состоят из левых аминокислот, а ДНК и РНК построены на правой рибозе. Правые аминокислоты – точно такие же, как левые, но в зеркальном отражении. Ничем не хуже, с точки зрения химии. В абиогенном синтезе левые и правые изомеры сложных органических молекул образуются в разных пропорциях. Но сделать подходящие для жизни белки можно только из изомеров одинаковой ориентации  – они тогда чисто геометрически будут сворачиваться в двойную спираль и принимать устойчивую форму. Чтобы жизнь могла возникнуть, нужен механизм деления совершенно одинаковых для неживой природы “левых” и “правых” молекул. “Левое” как-то должно всерьез отличаться от “Правого”. Как оно так? Возможно, так получилось, потому что наш сектор космоса облучался поляризованным ультрафиолетом, а поляризоваться он мог при прохождении пылевого облака в сильном магнитном поле. Поляризованный ультрафиолет избирательно сильнее уничтожает “левые” или “правые” изомеры, как повезет. Возможно, дело в том, что слабое взаимодействие тоже несимметрично, и это влияет на химические реакции и процессы кристаллизации с аминокислотами, у которых есть в составе тяжелые металлы. В любом случае, в нашей части мира “левого” и “правого” оказалось не поровну, а дальше смещение баланса раскачало само себя. Было бы “поровну”, ничего бы не получилось.

А вот LUCA – последний универсальный общий предок всего живого. Возможно, это даже не организм-клетка был, а сообщество генетических элементов, населяющих микронного размера поры в сульфидных отложениях горячих источников. Может, даже без мембраны. Или с мембраной, которая покрывала плоские скопления белков. Там шло кодирование рибосом, самовоспроизведение какое-то, обмен веществ осуществлялся. Еще не бактерия, не архея и не вирус, и, тем более, не эукариот, но уже и не натюрморт.

Что поразительно, LUCA наш появился до поздней метеоритной бомбардировки. Это астрономическое событие произошло где-то 3,9 миллиардов лет тому назад, на планеты земной группы обрушлось большое количество астероидов – судя по кратерам на Луне, Марсе и Меркурии, размер астероидов достигал 50 км, может, 200 км. Энергии столкновения с такими телами достаточно, чтобы испарить океаны и основательно простерилизовать Землю (Нил Стивенсон что-то такое, только в меньшем масштабе придумал для своего последнего на нынешний день романа). А вот и не простерилизовало, ветви жизни бактерий и архей разошлись до того, и как-то они выжили. Вроде бы удар даже самого огромного метеорита прокаляет только одно полушарие Земли, а на другом просто становится очень жарко, но термофильные микробы выживают. Или удары астероидов выбили из планеты осколки, которые могли выйти на околосолнечную орбиту, и до 30% осколков возвращаются в ближайшие 5000 назад. За 100 000 эти осколки добираются до Марса, а за 300 000 – до Юпитера и его лун. Может быть, и долетело что-то потенциально живое.

Происхождение “настоящих” живых клеток с ядром – эукариотов. Вот есть бактерии и археи, они отличаются между собой биохимией и устройством мембраны, а, в общем – мешочек с жидкостью, в которой плавают молекулярные машины. Эукариот совсем другое дело. Это одноклеточный, но очень сложный зверь. Клетка эукариота здоровенная, раз в десять больше бактерии. У нее есть ядро, отделяющее геном от всего остального, там у нее есть множество органелл, внутренний “скелет” из тонких белковых нитей – если в мембране бактерии сделать дырочку, из нее все вытечет, а эукариот переживет, у него все ценное прикреплено к цитоскелету. Ого-го, сложная штука. От бактерии или археи к эукариоту – как от мопеда до самолета практически.

Как оно так получилось? Очень поразительно. Скорее всего, наши с вами живые клетки – еще те химеры. О том, что митохондрии – это потомки бактерий-симбионтов, и у них даже своя отдельная генетическая система, довольно общеизвестно. Но это еще не все. Конструкция может выглядеть примерно так: архея-хозяин, альфа-протеобактерия превратилась в митохондрии, хлоропласты – от цианобактерий (это только растениям досталось и водорослям). Белки, которые обеспечивают взаимодействие между компонентами клетки больше похожи на белки, которые работают в бактериальных сообществах. Что-то такое – архею, близкую к эукариотам, удалось найти в геотермальном поле Замок Локи в Северной Атлантике.

От архей в эукариотах взят синтез белков, зачатки цитоскелета, зачатки систем управления мембранами. От бактерий – ферменты обмена сахаров и липидов, защиты от кислорода. И митохондрии же. Их история особенно прекрасна:

Фагоцитирующий предок эукариот сначала поглащал их как добычу, потом стал откладывать их переваривание и сначала подращивать на своих продуктах брожения, а потом симбионты стали отдавать хозяину АТФ и были оставлены в живых окончательно. Эти события чем-то похожи на переход древних людей от охоты к скотоводству.

И ядро. А ядро вполне может происходить от крупного ДНК-вируса, заразившего древнюю архею. Вирус мог перейти к умеренной эксплуатации хозяина (также, как архея перешла к экспулатации бактерий-митохондрий). Постепенно вирус взял клетку хозяина под полный контроль, и вот они, мы. Химеры из археи, бактерии и вируса. Дальние потомки биоматов. Летим на огромном куске слипшихся хондр. И сделаны из пыли погасших звезд.

Мне хочется, чтобы как можнобольше людей купили и прочитали эту книгу. Она потрясающая on so many levels. Там есть большие куски, понятные семилетнему ребенку, я своему сыну зачитывала, и мы вместе поражались, как же оно все потрясающе устроено. Есть сложные части, но их можно пропускать, вы не обязаны вычитывать все формулы. И главное, что дает книга – острое ощущение “в этом мире есть большие звезды, в этом мире есть моря и горы”. Оно знаете, как бывает – засидишься в своей минеральной микропоре на геотермальном поле, и кажется, что все оно как-то бедно и жалко в жизни устроено. На самом же деле – упоительно.

Каждый год в нашей Галактике формируется семь новых звезд.

Природа вся в разломах

Сотворение Земли. Как живые организмы создали наш мир

Грандиозная, неровная и требовательная книга. Это редкая работа, которая может сообщить читателю что-то совсем новое по достаточно забитой сведениями теме. Казалось бы: ну материки сходились и расходились, первобытный суп океана, в котором зародилась жизнь, водоросли выработали столько кислорода, что изменили атмосферу, то-се, из древних деревьев получился каменный уголь. Но нет, у автора действительно есть, что сказать широкому читателю так, чтобы прям поразить воображение.  И Журавлев с холодным презрением относится к формуле Хокинга, согласно которой каждая формула сокращает количество потенциальных покупателей книги вдвое. Химические уравнения, термины и выкладки рассыпаны по тексту щедрой рукой. Легко можно на прозвольной странице найти что-то в духе:

Обугленная оболочка нитчатой ганфлинтии свидетельствует о присутствии аэробных гетеротрофов, которые сохранились в виде округлых телец, а пиритизация такой же оболочки – о существовании сульфатвосстанавливающих анаэробных гетеротрофов (возможно, серных бактерий).

Но о каких же неимоверно интересных вещах говорится! Идея обсуждать стык биологии и геологии – это исключительная удачная находка. У меня все способности к воображению перегрелись – автор рисует глобальную картину последовательных волн, которыми жизнь преобразовывала планету. Всерьез преобразовывала: всего на Земле можно насчитать примерно 5000 минералов, и около 3000 из них появились под прямым или косвенным влиянием живых существ. Миллиарды лет назад появились первые архейские бактерии – и для своей странной, тихой жизни они разлагали горы, выбирая себе нужные ионы, остальное стекало в океан и осаживалось новыми породами, иногда – железными рудами, иногда золотыми, урановыми или марганцевыми, молибденовыми и платиноидными, карбонатами, фосфатами, сульфидами. Из-за образования новых пород ускорились тектонические смещения плит. При ничтожности биомассы по сравнению с геологической массой, живая материя способна прогонять через себя активные ионы и энергию с такой скоростью, что становится преобразующей силой. Современные деревья прогоняют через себя весь атмосферный пар и углекислый газ по несколько раз за год, фильтраты – тоже несколько раз в году отфильтровывают весь океан. Это невообразимо.

Самая здоровская часть книги посвящена древнейшим эпохам. Два миллиарда лет назад одни бактерии ассимилировали других – получились митохондрии, а потом клетки с митохондриями сумели включить в себя свободно живующие цианобактерии, получив хлоропласты – преобразователи солнечного света в полисахариды и крахмал. Миллиард лет жизнь на Земле была удивительно невинной – бактерии образовывали биопленки и биоматы. Никто никого не ел, все смирно на месте сидели. Меняли состав океана и атмосферы.

Дальше во всех книгах по эволюции происходит то, что в интернете принято называть “а теперь нарисуйте остальную сову”: внезапно образуются многоклеточные организмы с ногами, клешнями и раковинами, а то и с глазами и ротовыми нервными кольцами. Этот переход меня всегда поражал, ну где биомат и где хотя бы самая простой червь. В “Сотворении Земли” этот тонкий момент слегка более подробно описан.

В теплых и мутных морях эдиакарского периода начали появляться мягкотелые… штуки, колоннии клеток, ловко формирующие системы протоков и трубок для более эффективной фильтрации воды. И из них уже получились вендобионты, тоже странные штуки, которые еще не были настоящими многоклеточными животными, потому что не имели ни ротового, ни анального отверстия, кишечника, зооидов, щупалец, конечностей – в общем, ничего у них не было, кроме мягкого, неопределенно растущего тела с системой внутренних камер. Органики в том океане было растворено много, и вендобионты могли питаться, всасывая нужные вещества всем телом. От этого состояния даже понятен шаг к тактике перемещения по дну и выедания бактериальных пленок (и еда, и кислород сразу). При этом, вендобионты – не растения, не животные и не грибы, и были ли они предками кого-то из этих царств, непонятно. Но хотя бы ход развития намечен, как именно из совсем протоплазмы получаются существа с глазами.

Вся книга в лучших своих частях состоит из подобных картин, с моей точки зрения, еще и необычайно живо описанных. Там есть свои провисы и куски, которые могут спугнуть чувствительного читателя науч-попа – особенно длинные перечисления видов и их тонких различий между собой несколько утомляют, конкретные формулы преобразований я перестала для себя разбирать уже на второй трети книги. Но это все нужно как-то преодолевать, потому что остальное очень того стоит.

Книга описывает крупнейшие коллизии развития. Тупики трофических цепочек: когда, при вполне благоприятных условиях, экосистемы не развивались из-за невозможности выстроить устойчивую иерархическую лестницу, кто кого ест. Неустойчивая трофическая цепочка -> массовое вымирание, потому что все всех съели и сформировали черные сланцы из избыточных остатков продуцентов. Биосфера вообще довольно легко может организовать собственно вымирание, произведя слишком много кислорода, или выбросив из массы отмершей органики слишком много углекислого газа, или поменяв состав океанской воды. Было уже много раз.

На мой взгляд, “Сотворение Земли” – важная книга по нескольким причинам. Во-первых, это просто классный научно-популярный труд, каким он и должен быть. Густой, как эдиакарский океан, поражающий воображение, как тридцатитонный звероящер. Во-вторых, книга кажется мне возможным прототипом российского типажа крепкого науч-попа международного класса. Есть же американская традиция нон-фикшена: там всегда будет гуманистическая и социальная проблематика, приправленная человеческими историями – в случае труда на стыке геологии и биологии автор обязательно написал бы, что вот, хотел всегда быть геологом, но подался к врачи ради заработка, в ординатуре понял, что его призвание – наука, горько плакал в подушку и ушел к биологам, но геология так манила, так манила всегда, и старый мудрый профессор посоветовал… Это все очень мило, но аааааа. О личной судьбе Журавлева и его друзей из книги “Сотворение Земли” мы не узнаем ничего (спасибо). Думы о проблемах современного общества представлены одной фразой в самом конце книги, из которой следует, что в сложившейся ситуации пошедшего в разнос антропоцена нам всем капец. О трепетной психике читателя, который может застопориться на тезисе о влиянии коколитовых илов в зонах субдукции на число землетрясений, автор не заботится, автора интересует, как бы постройнее уложить тезисы и снабдить их максимальным количеством фактов. Вот он – классический рашн-хадкор-сайнс-стайл. Вот оно, суровое поле, лишенное смол-тока и человечины, на котором мы можем конкурировать.

Поэтому лично я желаю этой книге максимально возможных продаж, премии Просветитель и агента хорошего для англоязычного рынка.

В эту же тему можно еще почитать книжку о попытках восстановить плейстоценовую степную экосистему.

Фыр-фыр-фыр

How to Tame a Fox (and Build a Dog): Visionary Scientists and a Siberian Tale of Jump-Started Evolution

Книга моей мечты – крепкая профессиональная работа, популяризирующая достижения советских и российских ученых для мировой аудитории. Соавторы – известный научный писатель, специализирующийся на исследовании поведения животных, Алан Дугаткин и российский исследователь, непосредственный участник великого эксперимента Людмила Трут. The New York Times книгу хвалит и называет “комбинацией научно-популярной литературы, русской сказки и шпионского триллера”.

Есть много статей об эксприменте, в ходе которого советский генетик Дмитрий Беляев (борец с демонизированным Лысенко, герой войны и великий ученый) десятилетиями одомашнивал лис, отбирая в каждом помете наиболее контактных щенков, и уже через сорок лет лисы стали почти собаками: отзываются на кличку, лижут руки, “просят” почесать живот, выполняют основные команды, защищают хозяев. Из этих статей мне всегда казалось, что главная ценность эксперимента – это его продолжительность, а так: ну лают лисички и ок, подумаешь, научная ценность.

На самом деле, эксперимент действительно важный, а научный подвиг Дмитрия Беляева и Людмилы Трут (соавтора книги) и вовсе заслуживает быть внесенной в отдельную главу истории науки.

Одомашнивание – это тайна. Есть классическое представление о селекции: в каждом новом поколении берем экземпляры с более выраженными целевыми свойствами, даем им возможность расплодиться, repeat until ваши коровы не начнут приносить достаточно молока, лошади не начнут охотно ходить под седлом, кабаны не превратятся из злобных в толстых белых свиней. Под давлением направленного отбора будут накапливаться генетические изменения, но неясно почему этот процесс не растягивается на тысячи лет. А если одомашнивание и шло тысячелетиями, то как древние люди могли вести этот долгий и неблагодарный проект – это же даже не пирамиду строить?

Другая загадка состоит в том, что у всех одомашненных животных есть схожие особенности, которые не связаны с послушным характером – это пятна на шкуре (при том, что дикие предки обычно однотонные), ювенальные черты  и способность размножаться чаще, чем раз в год. Хотя животные разные – собака и корова далеко друг от друга отстоят в эволюционном смысле.

Или вот еще интересно что: сейчас достаточно распостранена идея географического детерменизма, воспетая в “Пушках, микробах стали” – что те народы, которые а) могли выращивать высококалорийные злаки типа овса, ржи, риса б) имели в своем распоряжении достаточно простых в обращении и продуктвных мясных животных, например, курицу и свинью в) одомашнили очень сильных вьючных и верховых животных – лошадь, быка, верблюда – победили и поработили всех остальных на Земле. У жителей Нового Света, например, были отличные растения, по уверениям автора книжки “1491” все свидетели первых контактов с индейцами, отмечают, какие же они крупные и упитанные, но не было животного, которое обеспечивало бы их чистой мускульной силой. Кто победил – немногочисленные отряды конкистадоров или миллионы индейцев – мы знаем. Так что тема одомашнивания – очень такая политически-напряженное. Вот почему не одомашнили оленей? Лосей? Зебр, наконец? Нашлись бы у индейцев свои свиньи (а не морские свинки), верховые олени, еще неизвестно, где бы был Новый Свет, а где – Старый.

Эксперимент по одомашниванию лисиц кое-что из этих загадок объясняет. Самая главная, как я поняла, идея – это то, что направленный отбор создает каскадные изменения в том, как проявляют себя целые системы генов. Генетика сама по себе меняется медленно, но при одном и том же наборе генов проявляться они могут по-разному. Беляев назвал это “дестабилизирующим отбором”: принцип отбора радикально меняется по сравнению с естественным, когда выживают самые осторожные, чуткие и какие-то там еще лисички, поэтому в новых поколениях рождаются детеныши с сильно сдвинутым гормональным балансом, активированными “спящими” генами.  То, что изменение манифестации генов может привести к драматическим результатам хорошо описано в книжке про создание динозавра из курицы (цыпленок с зубами уже получается).

Потом многие типичные изменения одомашненных животных нашли объяснение. Например, под влияением дестабилизирующего отбора меняется скорость миграции будущих клеток эпидермиса у эмбриона – некоторые группы клеток медленней перемещаются на свои места и “пропускают” тот момент, когда запускается выработка пигмента. У одомашненных лис радикально меньший уровень гормонов стресса, и несколько иначе работает выработка половых гормонов.

Первоначально эксперимент вообще проводился под прикрытием: Беляев хорошо работал с пушным зверем, поэтому имел некоторую свободу действий и мог легендировать лабораторию по одомашниванию как поиск способа заставить лисиц плодиться чаще. А так трудно было, Лысенко не дремал. Лис взяли с пушной фабрики, практическими работами руководила Людмила Трут – и это была невероятная, изматывающая деятельность, потому что лис поселили в Лесном, куда из Новосибирска нужно было больше десяти часов добираться на автобусе, а в Новосибирск Людмила переселилась с мужем и маленькой дочерью из Москвы только ради совместной деятельности с великим Беляевым. Фантастика, конечно, потому что долгие годы эксперимент состоял в наблюдениях, обмерах, отборе подходящих щенков – много-много труда и надежда на далекий результат.

Для повышения уровня контроля, ученые еще выводили анти-одомашненных лисиц (с 1970 года), куда отбирали самых диких лисят в каждом поколении, и держали контрольную группу. Чтобы пойти еще дальше, один из ученых даже вел параллельный эксперимент, построенных на тех же принципах, с крысами. Первое поколение крыс он просто наловил в свинарниках. А сам Беляев сожалел, что не может провести аналогичный опыт на человекообразных обезьянах, вот это было бы интересно.

Потому что люди тоже похожи на одомашненный вид, разве что одомашнили они сами себя. В какой-то момент групповая динамика создала новый критерий отбора: способность жить и кооперироваться с другими людьми, сниженная агрессивность и общая дружелюбность. У людей есть главный признак одомашненности: это долгое детство и ювенальные черты даже в взрослые годы, способность играть и веселиться просто так.

В шестом поколении 1,8% щенков шли на контакт с людьми, к восьмидесятым годам, тридцать лет после начала эксперимента, лисицы начали вилять хвостами и выработали специальный такой звук для общения с людьми, что-то вроде лисьего смеха. Поразительно, что творит упорство и метод.

Отдельная линия в книге посвящена отношениям советской научной школы с мировой – от заморозки при Лысенко к блестящему выступлению Беляева на международном генетическом конгрессе в Глазго и проведению следующего международного конкгресса в Москве под его председательством. Беляев вообще построил хорошую карьеру, стал академиком, директором крупного НИИ. Он умер в восьмидесятых и о его уходе скорбело очень много людей. Беляев же сожалел, что не успел написать книгу о своем главном эксперименте “Человек находит нового друга”, здорово, что его ученица смога такую книгу написать, да еще и для всего мира.

В конце девяностых лаборатории пришлось совсем трудно, все финансирование отвалилось, и Людмила Трут с большим трудом деньги на прокорм семисот лисиц, не говоря уже о ветеринарном обслуживании. Наименее ценные экземпляры заплатили своими дорогими шкурками за еду для остальных. К 1999 году осталось только 100 самок и 30 самцов прирученных лисиц, и еще меньше агрессивных и контрольных животных. Но Трут чуть ли не в последний момент смогла написать и опубликовать в the Times статью об эксперименте с просьбой спасти лабораторию. Люди со всего мира начали посылать деньги – кто-то несколько долларов, кто-то 10-20 тысяч, и лисы получили шанс. Сейчас лаборатория вернулась в большую научную жизнь – к открытиям и новым экспериментам.

Книжка отличная, даже удачно, что она сразу написана для мировой аудитории, а в России ее нужно немедленно переводить и издавать – не каждый день о победах отечественных ученых пишут так хорошо.