Вычислительные мощности увеличиваются настолько быстро, что сегодня для использования этой модели нужен обычный настольный компьютер. Однако моделирование сердечной активности в реальном масштабе времени (именно этого хотелось бы фармацевтическим компаниям) по-прежнему неосуществимо на большинстве современных суперкомпьютеров (по крайней мере на текущий момент).
Глава 8
Жизнь и смерть
Жизнь и смерть балансируют на лезвии бритвы.
Гомер. Илиада
В 1970 г. примерно 15 % урожая кукурузы в США было потеряно в результате эпидемии глазковой пятнистости листьев кукурузы, вызываемой грибком Bipolaris maydis. По оценкам, в тот год недополучили один миллиард бушелей кукурузы стоимостью более миллиарда долларов, и множество мелких фермеров просто разорились. Об этом заболевании в США впервые официально сообщили в 1969 г., однако тогда его очаги были изолированными, и ему не придали значения. Ситуация кардинально изменилась в 1970 г. Теплая, влажная погода в тот год создала идеальные условия для быстрого распространения грибка. Эпидемия, начавшаяся во Флориде, к июню охватила Алабаму, южную часть Луизианы, значительную часть бассейна Миссисипи и частично Техас. К сентябрю заболевание распространилось по всему «кукурузному поясу», включая Висконсин на севере и Канзас на западе.
Оно нанесло очень значительный урон урожаю. Первым признаком заражения было появление бурых пятен на листьях, а потом желтело все растение. В самых тяжелых случаях початки кукурузы загнивали, опадали и разваливались на части при ударе о землю. Некоторые поля были настолько сильно поражены, что во время уборки урожая черные облака спор клубились над машинами.
Такой опустошительный эффект глазковой пятнистости листьев кукурузы был результатом сочетания токсина, выделяемого грибком, и ионного канала, который встречается только в автостерильных линиях кукурузы. Заболевание приобрело характер эпидемии в 1970 г. из-за того, что в тот год большинство площадей было засеяно кукурузой автостерильного типа. Причина такого генетического единообразия уходит корнями в 1800-е гг. Как и многие другие растения, кукуруза является обоеполой и имеет как мужские, так и женские части. Мужские части – метелки на верхушке растения – рассеивают в воздухе пыльцу. Женские части, находящиеся в початке, превращаются в кукурузное зерно после опыления. Дикая кукуруза – самоопыляемое растение, самоопыляются и большинство культурных растений из-за того, что мужские и женские части находятся близко друг к другу. Однако самая лучшая кукуруза является гибридной и получается, когда женские части опыляются пыльцой растений другой линии. Этот эффект был открыт в конце XIX в. после того, как селекционеры заметили, что гибридные растения оказываются более высокими и сильными, чем любой из их родителей, а главное, имеют более крупные початки и зерна. Постепенно гибридную кукурузу стали использовать повсеместно. Более высокое качество гибридного зерна произвело на фермеров большое впечатление, а продавцы посевного материала всячески поощряли использование гибридов, поскольку это заставляло фермеров покупать новое посевное зерно каждый год.
Для получения гибридных растений нужно предотвратить самоопыление. Исторически этого добивались удалением метелок вручную. Эта операция крайне трудоемка и утомительна, поскольку ее необходимо проводить каждый год на многих тысячах растений. Неудивительно, что селекционеры пришли в восторг, когда нашлись разновидности кукурузы, не дававшие пыльцы. Они сразу поняли, что эти растения, обладающие, как говорят, цитоплазмической мужской стерильностью (ЦМС), должны идеально подходить для перекрестного опыления. Семеноводческие компании очень быстро перешли на них. Все, что нужно было, это посадить растения с ЦМС рядом с растениями-опылителями, остальное делал ветер: растения с ЦМС давали только гибридное зерно. Но такое удобство имело свою цену, о которой селекционеры даже не подозревали. В отличие от нормальных растений стерильные ЦМС-разновидности были восприимчивы к глазковой пятнистости листьев кукурузы, поскольку их клетки имели специфический тип ионных каналов.
Как показывает эта история, ионные каналы есть не только в клетках, возбуждаемых электрическими импульсами, вроде нервных и мышечных клеток. Они имеются в каждой клетке нашего организма и любого другого организма на Земле, от самой примитивной бактерии до гигантских калифорнийских секвой, и они регулируют все, что мы делаем.
Сперматозоиды с турбоподзарядкой
Ионные каналы начинают играть критическую роль в нашей жизни еще до зачатия, поскольку они влияют на результаты великой гонки сперматозоидов. Тяжелое состязание с единственным победителем – это первая и самая важная гонка, в которой мы когда-либо участвовали и которую каждый из нас (или, скорее, определенная часть каждого из нас) выиграл.
Сперматозоиды должны плыть после эякуляции, прокладывая себе путь к яйцеклетке с помощью извивающегося жгутика. По мере того как они продвигаются из вагины в верхние отделы женских половых путей, окружающая их среда становится более щелочной, а концентрация гормона прогестерона повышается. В результате ритм движений жгутика сперматозоида переключается на более низкую частоту, они становятся более медленными, размашистыми и энергичными и ускоряют перемещение сперматозоида. Это своего рода турбоподзарядка в последний момент, как раз тогда, когда сперматозоиду необходима дополнительная энергия. Без нее сперматозоид не может сделать рывок и пройти через оболочку, окружающую яйцеклетку. Изменение ритма движения жгутика сперматозоида происходит в результате открытия специального ионного канала, называемого Catsper.
Catsper – любимый канал Дэвида Клэпхема, ученого из Гарварда с острым умом, озорной улыбкой и черным юмором. Его коллега Дэцзянь Рен, штудируя базу данных по международному проекту «Геном человека» в поисках пропущенных сокровищ, наткнулся на новый ионный канал, который существует только в мужских половых железах. Эта находка сразу же привлекла внимание Клэпхема, и вскоре сперматозоиды во всех их проявлениях заняли центральное место в исследованиях лаборатории. «Они имеют, – говорит Клэпхем, – все, что положено нервным клеткам, и кое-что еще: у них есть ионные каналы, они возбуждаются, они чувствительны к химическим веществам в окружающей их среде, они двигаются и делают это более энергично около яйцеклетки, ну прямо как мужчины, суетящиеся вокруг женщин».
Канал Catsper – один из самых сложных в человеческом геноме. Пора канала образуется четырьмя разными белками, и она связывается с различными видами вспомогательных белков. Если хотя бы один из них отсутствует, то канал перестает функционировать, сперматозоид перестает переключаться на более энергичные движения жгутика, и наступает бесплодие. Поскольку Catsper имеется только у сперматозоидов, лекарственные средства, блокирующие канал, становятся идеальным контрацептивом. В отличие от более знакомых противозачаточных таблеток они не должны оказывать влияния на женскую гормональную систему, и их не нужно принимать перорально. Однако такое средство не будет долгожданным мужским контрацептивом. Его опять придется принимать женщинам, но не потому, что это дает уверенность в защите, а потому, что это в их половых путях происходит изменение движения сперматозоидов.
