Последствия голода
Самое наглядное доказательство правоты эпигенетики получено в результате масштабных исследований семей на протяжении нескольких поколений. Одно из наиболее крупных предприняли после Второй мировой войны: ученые изучали следствия голодной зимы 1944 г. в Нидерландах. Обследование начали с детей, родившихся во время или сразу после голода. Также учли опыт их родителей, а затем детей тех детей, а вскоре и их внуков. Дети, родившиеся в тот период, выросли в основном невысокими и худыми (но совершенно здоровыми). Появившиеся сразу после голода – то есть большую часть голодного времени они находились в утробе – имели лишний вес и были склонны к психическим заболеваниям. Что удивительно, дети, родившиеся у этих двух групп, несли те же признаки, что и их матери. Судя по всему, недостаток питания отразился на матери, на развивающемся ребенке и на клетках девочек-младенцев, которые затем стали яйцеклетками и передались следующим поколениям. Голод повлиял на все три поколения – на мать, ребенка и внуков. Через несколько лет будут доступны данные о четвертом поколении. Как долго еще голод будет влиять на эпигеном?
Гистоновые белки, поддерживающие и организующие длинные нити ДНК в клетке, когда-то считались исключительно опорными конструкциями. Но эпигенетика предполагает, что они играют роль в наследовании, по крайней мере в краткосрочной перспективе.
Киборги
В научной фантастике киборги – полулюди-полумашины – были популярны с XIX в. Сегодня киборги стали реальностью, и механизмы заменяют части тела или дополняют их.
Искусственные конечности, слуховые аппараты и контактные линзы, восполняющие дефекты нашего тела, много лет используются в медицине. Микроэлектроника значительно расширила ее возможности. В 2001 г. в результате несчастного случая электрику Джесси Салливану ампутировали обе руки, и врачи реабилитационного центра в Чикаго превратили его в киборга: у него появилась роботизированная рука, которая управляется силой мысли. Нервы плеча Джесси, ранее контролировавшие мышцы руки, пересадили на мыщцы груди. Нерв получает импульс, посылаемый мозгом, заставляет мышцы сокращаться, и это считывают электроды. Они передают сигналы на компьютер в руке, и механизм двигает локтем и кистью. Киборги могут располагать также искусственными почками и желудком, сетчаткой и слуховой улиткой, компенсирующими зрение и слух, системами суставов и даже кожей.
Бабочка-киборг имеет на себе крошечный компьютер, который помогает исследователям измерять активность ее антенн при улавливании привлекательных для нее запахов. Возможно, удастся создать систему, которая сможет управлять бабочкой на расстоянии. Это был бы киборг-дрон.
Синтетическая биология
Синтетическая биология возникла на стыке биологии, химии, нано-инженерии и информатики. Она может воспроизводить и ускорять естественные процессы и даже создавать искусственные формы жизни.
Синтетическая биология рассматривает естественные процессы и пытается их усовершенствовать. Например, в результате фотосинтеза при участии солнечного света получается полезная химическая энергия. Но эффективность процесса мала – только около 1 % энергии света превращается в сахара́. Синтетическая биология ищет способы повысить эффективность. Так, искусственные водоросли или бактерии, снабженные белками модифицированных генов, могут стать источником органического материала, получаемого в результате фотосинтеза. И этот материал можно использовать для производства топлива или в качестве сырья для химической промышленности. Это один из способов сократить нашу зависимость от бензина, притом не придется выделять обширные угодья для выращивания растений – биологического топлива.
ХИМИЧЕСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ
Искусственные нуклеиновые кислоты, такие как КсНК, основаны на химических веществах, которые могли существовать на заре жизни. Самые простые формы жизни – это нити РНК. РНК может выступать автокатализатором, то есть использовать себя в качестве шаблона для изготовления копии, или зеркального изображения, самой себя. Это примитивная форма репродукции. Как развивались РНК и ДНК – одна из величайших загадок биологии. Считается, что это последние сохранившиеся химические вещества в ряду похожих полимеров-автокатализаторов, сформировавшихся порядка 3,8 млрд лет назад. В период химической эволюции естественный отбор затронул и эти вещества. Биохимики синтезировали много подобных химических веществ, чтобы посмотреть, как они ведут себя. В основе разных КсНК лежат разные гипотезы о строении таких веществ.
Синтетическая биология однажды сможет наполнить клетки КсНК и создать совершенно новый домен живого. Кроме того, КсНК можно применять для генотерапии.
Специалисты в области синтетической биологии с успехом собирают искусственные клетки из частей, позаимствованных у других клеток. Они способны делиться и расти так же, как и настоящие. В 2012 г. биоинженеры разработали КсНК, или ксенонуклеиновую кислоту, – синтетическую версию ДНК, которая устроена так же, но куда прочнее. (ДНК чудесна, но очень хрупка.) Искусственная КсНК имеет более прочную химическую конструкцию, а все кодирующие элементы при этом остаются на своих местах. В перспективе организмы с КсНК смогут заселить места, недоступные живым организмам, несущим ДНК.
Астробиология
Есть ли жизнь за пределами Земли? На этот вопрос пытается ответить астробиология. Инопланетян мы пока не обнаружили, зато у нас есть длинный список мест, где потенциально может существовать жизнь.
В 1958 г. было создано НАСА, и одной из задач организации стали поиски жизни за пределами Земли. Оказалось, что найти свидетельства внеземной жизни чрезвычайно сложно, но ученым все же удалось изучить множество обстоятельств, помогающих поискам. Например, в 1977 г. рядом с гидротермальными выходами на дне океана были обнаружены ранее неизвестные процветающие популяции микроорганизмов. Считалось, что жизнь в таких условиях немыслима. Подобные находки в других экстремальных средах привели ученых к выводу, что жизнь все же может существовать за пределами Земли – например, под ледяной коркой океана на Европе, спутнике Юпитера. Исследователи нашли в космосе все необходимые для жизни химические вещества. Аминокислоты, главные «кирпичики» всего живого, были обнаружены в образцах с кометы Вильда: в 2004 г. рядом с ней прошел космический аппарат НАСА «Стардаст». Это означает, что необходимые «ингредиенты» есть везде: на планетах, спутниках и астероидах.
В Солнечной системе подобные земным организмы могли бы существовать также на Европе, спутнике Юпитера. Океан под ее ледяным панцирем могут населять питающиеся минералами микроорганизмы – вроде тех, что живут у гидротермальных скважин. Возможно, они были основой инопланетной пищевой цепочки.
