Громадина микромир

– Сегодня хорошо известны примеры самосборки сложных, многомолекулярных образований из их отдельных составных частей. Некоторые белки состоят из нескольких самостоятельных субъединиц. Они могут быть разложены на эти составные части. Но самое замечательное состоит в том, что если смешать эти части – при благоприятных условиях, разумеется, – исходная сложная структура образуется снова.

Аналогичным образом построено множество ферментов. Несмотря на то, что, число их компонентов может достигать нескольких сотен и даже тысяч, и здесь можно наблюдать явление самосборки.

Еще сложнее по своему составу рибосомы, а также вирусы и бактериофаги. Здесь в построении комплекса уже участвуют представители обоих главных классов биологических полимеров – белки и нуклеиновые кислоты. В рибосомах, например, имеется три рода нуклеиновых кислот и около двух десятков различных индивидуальных молекул белков. А частица вирусной табачной мозаики содержит наряду с нуклеиновой кислотой более двух тысяч одинаковых молекул белка. И вот эти гигантские по молекулярным масштабам структуры могут «самособираться» из своих отдельных составных частей.

Но давайте посмотрим, как усложняются биологические объекты на разных последовательных уровнях их структурной и функциональной организации.

На самой ее низшей ступени мы можем взять бактериофаг, бактериальный вирус R-17, который использовался для многих исследований. Его наследственный аппарат содержит всего три гена. Один из них содержит информацию о структуре так называемого белка А, второй – о строении оболочки этого бактериофага, а третий регулирует образование фермента, который обеспечивает получение новых копий нуклеиновой кислоты фага, когда он проникает в бактериальную клетку. Как видите, здесь все сведено к минимуму: три гена и три белка. Но зато – это характерно для всех вирусов вообще – R-17 не способен ни к каким самостоятельным проявлениям жизнедеятельности. Он может делать только одно: заражая клетку, встраивать свою наследственную программу в синтезирующие системы клетки, переключать их работу на себя, организуя таким образом воспроизводство своих новых копий. Вот, собственно говоря, и все, что мы имеем на уровне бактериального вируса.

Бактериальная же клетка устроена несравненно сложнее. Столь же сложнее и разнообразнее спектр ее функций. Огромное число генов, большой «набор» обменных процессов и соответственно набор белков-ферментов, обеспечивающих эти процессы, способность клетки ассимилировать вещества из неживой природы и размножаться путем деления – это далеко не полный «список» ее особенностей.

Но вот от следующего уровня – клетки многоклеточного высшего организма – бактерии снова отделены целой пропастью. Здесь мы уже видим сложнейшую картину использования наследственной информации: одни гены постоянно работают во время жизни клетки, другие включаются лишь в определенные моменты, треть вообще всегда остается выключенной. И, наконец, сотни тысяч белковых молекул ежесекундно работают в разных частях клетки, и каждый «сорт» белков делает свое собственное дело.

Принципиально иной становится и вся система управления жизнедеятельностью клетки. Расщепление исходного сырья, поступающего в клетку, синтез новых молекул, которые нужны клетке именно в данный момент, обеспечение энергетических резервов, наработка материала, который понадобится клетке, когда она приступит к делению и «даст жизнь» двум дочерним клеткам, синтез информационных молекул в ядре... – все это и множество других процессов происходят в клетке одновременно. И у исследователя сразу возникает множество вопросов: как в клетке организовано «распределение» ее энергетических и материальных ресурсов? Как вновь образованная белковая молекула перемещается от места синтеза туда, где она нужна для работы? А эти расстояния нередко в тысячи раз превышают размеры молекулы. Что и как управляет этим процессом?

Или еще пример. Этапы клеточного деления необычайно четко следуют один за другим. Этим циклам подчинено все существование клетки. Но как она их «отмеряет», как отсчитывает время и какова вообще природа «биологических часов»? Ответ на эти и многие подобные вопросы ученым еще только предстоит найти.

Живая клетка – при всей необычайной сложности своей организации – отличается удивительно скоординированной согласованностью всех процессов. И здесь опять-таки мы пока не знаем, как достигается эта согласованность. Не знаем, как возникает эта уникальная целостность – живая клетка.

Пойдем дальше – от клетки к высшим организмам. Тут во весь рост встает проблема дифференциации, то есть последовательного усложнения живого объекта в процессе развития. По сути дела, это вопрос о первоосновах процесса, обратного редукционизму, – о возникновении сложного из простого. Ведь организм с его бесчисленным многообразием органов, тканей, типов клеток, процессов и веществ возникает из одной-единственной клетки.

Выше я говорил о трехмерности процессов молекулярной биологии. Если же мы будем искать законы и механизмы дифференциации, в действие вступает еще одно, четвертое измерение – время. И мы должны быть готовы к тому, что здесь придется встретиться с совершенно новыми задачами, которые во многом не будут походить на то, что уже встречалось исследователям.

Как видите, в нашей науке сегодня гораздо больше вопросов, чем ответов на них. Но вряд ли этому стоит удивляться – таков обычный ход научного познания.

– Владимир Александрович, и тем не менее мой следующий вопрос относится к числу тех, на которые, вероятно, никогда нельзя дать однозначного ответа: каким вы видите будущее молекулярной биологии?

– Вопрос, сравнимый по сложности с нерешенными проблемами нашей науки. Несомненно, что она, следуя заложенному в нее главному методологическому принципу – предельному упрощению познаваемых объектов, – будет развиваться, будет стремиться к познанию природы жизни – новой категории, возникшей в процессе эволюции.

На этом пути перед нами должны открыться возможности управления жизненными процессами – такими, как лечение врожденных и злокачественных заболеваний, использование простейших организмов в промышленных целях и так далее.

Противоположный уровень будет представлен изучением высших проявлений жизни – сознания, разума, мышления, речи, памяти, свойственных человеку и составляющих сегодня сферу максимальной усложненности и совершенства, достигнутых природой в процессе развития Вселенной.

Видимо, в последние десятилетия нынешнего и начале следующего тысячелетия поиски будут идти именно здесь. Предсказывать же конкретные формы, в которых воплотится эта стержневая линия развития науки, на мой взгляд, сейчас просто нереально.

– Что бы вы хотели пожелать молодежи, сегодня вступающей в науку? Ведь именно тем, кто сегодня только начинает свой творческий путь, как раз и предстоит решать проблемы, о которых вы только что сказали.

– Прежде всего хотелось бы, чтобы молодой исследователь всегда видел перед собой как путеводное напоминание – на рабочем столе, на первом листе рабочей тетради – слова великих творцов науки о духовных задачах ученого. Это прежде всего обращение нашего гениального ученого И. П. Павлова к молодежи. Оно звучит так: