Я уже говорил, что записать информацию на ПЗУ можно только однократно, при его изготовлении. Справедливо это и для ДНК в клетках, если не считать случайных ошибок, время от времени происходящих при копировании. Однако совокупная база данных, состоящая из ПЗУ всего вида, может быть в некотором смысле конструктивно переписана. Из поколения в поколение выживание и репродуктивный успех особей данного вида, будучи неслучайными, эффективно “вносят усовершенствования” в те инструкции по выживанию, которые хранит генетическая память вида. Эволюционное изменение вида в значительной степени заключается в том, что с течением поколений меняется общее число копий каждого возможного варианта содержимого для каждой адресной ячейки ДНК. Разумеется, в любой конкретный момент времени каждая копия находится внутри своего организма и никуда оттуда не девается. Однако для эволюции важно другое: чтобы изменялась частота встречаемости альтернативных вариантов содержимого в каждой адресной ячейке в популяции. Система адресации остается прежней, однако общая статистическая картина содержания ячеек из века в век меняется.
Крайне редко может меняться и сама система адресации. У шимпанзе 24 пары хромосом, а у нас 23. У нас с шимпанзе был общий предок, а значит, либо у нас, либо у них в роду однажды произошло изменение числа хромосом. Либо мы утратили одну хромосому (две объединились), либо шимпанзе приобрели (одна разделилась надвое). Должна была быть по крайней мере одна особь, чей хромосомный набор был не таким, как у ее родителей. Бывают у генетических систем и другие случайные преобразования. Порой длинные кодирующие последовательности оказываются целиком скопированными на совершенно разные хромосомы. Мы знаем об этом, потому что идентичные друг другу протяженные последовательности ДНК-текста иногда обнаруживаются разбросанными по хромосомам то там то сям.
При считывании информации с какого-то определенного участка компьютерной памяти возможны два варианта происходящего. Информация эта может быть или просто куда-то переписана, или же вовлечена в какую-то “операцию”. Быть куда-то переписанной — это означает быть скопированной. Мы уже видели, что ДНК без труда копируется, чтобы передаться в новые клетки, и что большие куски ДНК копируются при передаче их от одного индивидуума к другому — к его ребенку. С “операциями” дело обстоит мудренее. В случае компьютеров операцией может быть выполнение указаний, записанных в программах. Например, ячейки с адресными номерами 64489, 64490 и 64491 в ПЗУ моего компьютера заняты таким содержимым — последовательностью единиц и нулей, — которое, будучи преобразовано в инструкции, побуждает громкоговоритель компьютера издать отрывистый звук. Вот эта кодовая комбинация: 10101101 00110000 11000000. Сама по себе она не содержит ничего отрывистого и ничего звукового. В ней нет ничего, из чего мы могли бы заключить, что она должна оказывать какое-то действие на громкоговоритель. Для того чтобы она оказывала свое действие, весь компьютер должен быть устроен соответствующим образом. Точно так же и расположение символов четырехбуквенного кода ДНК влияет, скажем, на цвет глаз или на поведение, но эти влияния не являются неотъемлемым свойством самих последовательностей ДНК. Чтобы нуклеотидные последовательности оказывали свое действие, весь организм должен развиваться соответствующим образом, а это, в свою очередь, определяется другими участками ДНК. Взаимодействия между генами будут основной темой главы 7.
Прежде чем принять участие в какой-либо операции, код ДНК должен быть “переброшен” на другой носитель. Вначале символы ДНК переписываются алфавитом РНК, тоже четырехбуквенным, а затем переводятся в полимер совершенного иного типа, называемый полипептидом или белком. Еще его можно было бы назвать полиаминокислотой, так как основными единицами, из которых он состоит, являются аминокислоты. В живых клетках 20 разновидностей аминокислот. Все белки биологического происхождения составлены из этих 20 типов “строительных блоков”. Хотя белковая молекула и представляет собой цепочку из аминокислот, обычно она не остается тонкой и вытянутой, а сворачивается в запутанный клубок, точная форма которого определяется аминокислотной последовательностью. Следовательно, для любой конкретной последовательности аминокислот характерна строго определенная форма клубка. Ну а последовательность аминокислот, в свою очередь, однозначно определяется (через посредничество РНК) порядком символов в цепочке ДНК. Получается, что в каком-то смысле трехмерная структура белка закодирована в одномерной последовательности “букв” ДНК.
Процесс перевода, или трансляции, происходит с использованием знаменитого трехзначного “генетического кода”. Это не что иное, как словарь, в котором каждый из 64 (4 × 4 × 4) возможных триплетов нуклеотидов ДНК (или РНК) соответствует либо какой-то одной из 20 аминокислот, либо “сигналу остановки чтения”. Таких “стоп-сигналов”, или “знаков препинания”, в генетическом коде три. Многие аминокислоты кодируются более чем одним триплетом (что вряд ли нас удивит, ведь триплетов 64, а аминокислот всего 20). Весь процесс трансляции точной линейной последовательности “ПЗУ” ДНК в строго одну и ту же трехмерную организацию цепочки белка представляет собой поразительное достижение цифровых информационных технологий. На последующих этапах влияния генов на организмы аналогия с компьютерами будет чуть менее очевидной.
Любую живую клетку, даже одиночную бактерию, можно представить себе как гигантский химический завод. Ход событий на этом предприятии определяют последовательности ДНК, или гены, которые оказывают свое действие, влияя на трехмерную структуру белковых молекул. Слово “гигантский” по отношению к клетке может показаться неожиданным, особенно если вспомнить, что 10 млн бактериальных клеток спокойно помещаются на булавочной головке. Но не будем забывать, что каждая из этих клеток способна вместить полный текст Нового Завета, а уж если судить по тому, сколько в ней содержится разных замысловатых станков, то ее действительно можно назвать гигантской. Каждый станок — это крупная молекула белка, и его сборка производится под влиянием особой последовательности ДНК. Молекулы белков, называемых ферментами, являются станками в том смысле, что каждая из них обеспечивает протекание определенной химической реакции. Каждая разновидность таких белковых машин “выпускает” свой собственный, особый тип химической продукции. Сырье для этого производства плавает внутри клетки и, скорее всего, изготовлено другими белковыми машинами. Чтобы вы получили представление о размере этих станков, скажу, что каждый из них состоит примерно из 6000 атомов — очень много по молекулярным меркам. Всего в клетке около 1 млн таких внушительных аппаратов и около 2 тыс. их разновидностей, каждая из которых служит для выполнения какой-то одной определенной операции на этом предприятии. Именно специфическими продуктами деятельности ферментов определяются индивидуальные особенности строения и функционирования каждой клетки.
Все клетки организма содержат одни и те же гены, и потому может показаться странным, что сами эти клетки не похожи друг на друга. Дело тут в том, что в клетках каждого типа считывается свой, специфический набор генов, а все остальные гены бездействуют. Так, в клетках печени не используются те участки “компьютерной памяти” ДНК, которые требуются исключительно для формирования почки, и наоборот. Форма клетки и режим ее работы определяются тем, какие из находящихся в ней генов считываются, а затем транслируются в белки. А это зависит от того, какие химические вещества уже имеются в данной клетке, что, в свою очередь, частично зависит от того, какие гены считывались в ней и в соседних с ней клетках ранее. Когда клетка делится, две дочерние клетки не обязательно будут абсолютно одинаковыми. Например, в оплодотворенной яйцеклетке, которая дает начало организму, одни химические вещества скапливаются у одного полюса, а другие — у другого. Когда такая поляризованная клетка делится, ее химическое содержимое распределяется между двумя дочерними клетками неравномерно. А значит, в двух этих клетках будут считываться различные гены, что положит начало самопроизвольно усиливающейся дивергенции. Окончательная форма организма в целом, размер его конечностей, электрические схемы в его мозге, слаженность его движений — все это косвенные последствия взаимодействий между разными типами клеток, которые являются разными оттого, что в них считываются разные гены. Эти процессы расхождения, сопутствующие развитию организма, лучше представлять себе происходящими автономно в каждой точке, наподобие описанного в главе 3 “рекурсивного алгоритма”, а не согласованными в рамках какого-то централизован ного замысла.
