Альманах «ЭВРИКА»

Часть  4     ДЕЛЬФИН ПАСЕТ СЕЛЕДКУ

РЕВОЛЮЦИЯ В БИОЛОГИИ: ЕЕ СМЫСЛ И ЗНАЧЕНИЕ 

О развитии биологической науки и ее применении в практической деятельности рассказывает академик А.Баев.

Когда человек углубляется в прошлое, он всегда может найти в нем отдельные элементы того, что есть теперь. Но двадцатые годы нашего века с полным правом можно назвать временем рождения современной биологии. Она далеко ушла от своего первоначального состояния, совершенно непохожа на ту науку о жизни, которая существовала даже к началу нынешнего века.

Что же в ней произошло?

Во-первых, и это самое главное, существенное явление в биологии — неограниченное господство и применение представлений физики и химии. Эти науки помогли и помогают в изучении процессов жизни, столь отличных от предмета их собственных исследований. Они способствовали возникновению новых дисциплин — биохимии, биоорганической химии, биофизики, молекулярной генетики. Таким образом, возникло целое направление — физико-химическая биология.

Во-вторых, изменилось мировоззрение биологов. Символом веры биологии прошлого был целостный организм, а это означало невозможность расчленения сложных биологических явлений на отдельные простые составляющие. Однако оказалось, что можно изучать, к примеру, клетку, ее отдельные структурные элементы, имитировать в лабораторных условиях химические реакции, отдельные физические явления, происходящие в организме.

В-третьих, в биологию широко вошел эксперимент, иногда лишь отдаленно напоминающий те реальные явления, которые он моделирует. Благодаря этому биология из описательной науки превратилась в экспериментальную.

Все это говорит о том, что биология изменилась коренным образом, на смену плавному периоду в ее развитии пришел революционный.

Пожалуй, наиболее поразительные успехи получены в генетике. Прошло 115 лет со времени, когда Мендель начал свои классические опыты, приведшие к открытию законов наследственности.

А сейчас мы присутствуем при необычном подъеме, расширении генетических исследований в направлении генетической инженерии. Этой новой науке всего около девяти лет.

Наукой в настоящее время открывается и описывается такое множество явлений, создается столь много понятий, что вопрос о научной терминологии является актуальным и очень нелегким. Это по существу своему творческий процесс, некоторые терминологические нововведения кажутся естественными и не вызывают никаких сомнений, другие — вызывают.

Какой же смысл вкладывают в понятие «генетическая инженерия»? Ее содержание составляет система экспериментальных приемов, позволяющих создавать в лаборатории, в пробирке искусственные генетические структуры. В этой работе биолог-экспериментатор выступает как творец, как конструктор.

Идея лабораторного воспроизведения генетических структур существовала давно, однако ученые не представляли себе, каким способом из молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), являющейся конкретным носителем наследственности, можно выделить нужные гены и как затем их собрать в единую работающую структуру. Сейчас это удалось осуществить.

Каждый ген, ответственный за тот «ли иной наследственный признак, соответствует определенному отрезку молекулы ДНК. А она, в свою очередь, представляет собой цепочку, нить биологического полимера довольно большой протяженности и большого молекулярного веса.

У простых вирусов число генов невелико, может доходить до нескольких единиц, у бактерий — их уже несколько тысяч, у высших организмов, в том числе у человека,— сотни тысяч или даже несколько миллионов генов.

Каждая клетка многоклеточного организма имеет равное и полное число генов, свойственных данному организму. Однако в каждой клетке из этого общего фонда, называемого геномом, работает лишь определенный набор генов, выполняя строго предписанные ему природой функции. Остальные гены находятся как бы в резерве, устранены от активной деятельности.

В настоящее время число изученных генов, например, у некоторых бактерий составляет несколько сотен. Генетическая инженерия пока оперирует в пробирке с единичными генами, можно выделить определенный ген из одного организма и перенести его а другой, заставить его более или менее автономно работать в клетке, куда он помещен. Но это еще «гость» в клетке, его приютившей. Ввести же «лачку» генов пока мы не можем, потому что не в состоянии обеспечить их согласованную работу между собой и с т«ми генами, которые есть в клетке-хозяине.

А в организме они работают, как в хорошо слаженном симфоническом оркестре. Средства, которыми достигается такая слаженность, пока наукой до конца не поняты.

Генетическая инженерия делает лишь свои первые шаги. И все-таки она считается сейчас самой фундаментальной областью современной биологии. И вот почему. Ученые, используя методы генетической инженерии, работают не вслепую, а по заранее разработанному плану, целенаправленно.

Ученым удалось найти инструменты, пригодные для таких операций. Это созданные самой природой ферменты. Они содержатся в живых клетках. Одни из них рассекают молекулы ДНК в строго определенных участках на различные куски, другие, наоборот, их сшивают в единое целое.

Для этого, естественно, надо хорошо знать структуру того куска ДНК, который используется в эксперименте, его свойства и функции. В этой области, как я думаю, находится точка роста современной биологии.

Полным ходом идет работа по пути промышленного получения биологически активных веществ, различных лекарственных средств. Среди них — инсулин, интерферон, гормон роста — соматотропин, другие гормоны, в том числе гормоны щитовидной железы, стимуляторы иммунитета. С помощью генетической инженерии могут быть получены клетки — суперпродуценты, производящие свойственные им продукты в повышенных количествах. В результате можно получить такие важные вещества, как аминокислоты, ферменты, витамины.

В Основных направлениях экономического и социального развития нашей страны, утвержденных XXVI съездом партии, поставлена задача разработки биотехнологических процессов для производства такой продукции, которая будет широко использоваться в медицине, сельском хозяйстве, самой промышленности.

Само слово «биотехнология» появилось недавно, хотя биотехнологию человечество использует с давних времен. Различные ферментационные процессы,      например      производство хлеба, молочнокислых продуктов, пива, вина... К овладению этими процессами человек пришел чисто эмпирическим путем.

В нашем же столетии, вернее, в его середине биотехнология стала строиться уже на основе науки, в первую очередь микробиологии. Наступил ее второй в истории человечества этап.

Один из примеров такой биотехнологии — производство кормового белка для животноводства на основе парафинов нефти с использованием дрожжей.

Сейчас в нашей стране, как и в других передовых странах, существует огромная микробиологическая промышленность. И эта часть биотехнологии получает второе дыхание. Дело в том, что в микробиологической промышленности открылась возможность широкого использования так называемых иммобилизованных ферментов.

А сейчас уже возникает новая биотехнология, первым разделом которой являются генетико-инженерные манипуляции.

Таким образом, наряду с механической и химической технологиями огромное развитие получает биологическая. Она имеет существенные преимущества: в аппаратурном, технологическом отношении она проще, менее энергоемка, ее отходы менее опасны для окружающей среды.

Можно предвидеть еще одну мощную индустриальную революцию, теперь уже связанную с биологией.

Я уже сказал, что первый раздел новой биотехнологии — генетическая инженерия. Другими разделами являются клеточная и уже заявляющая о себе субклеточная инженерия.

Чем все эти разделы новой биотехнологии отличаются друг от друга? Сначала о том, что их объединяет. В основе лежат одни и те же приемы микробиологии. Различие можно проиллюстрировать на примере производства интерферона — важного противовирусного    средства,     используемого последнее время также при лечении опухолей. Его можно получить, по крайней мере, двумя способами. Используя методы генетической инженерии, надо сначала выделить человеческий ген интерферона, присоединить его к набору других генов, например кишечной палочки, затем ввести в клетку. Новая генетическая информация приведет к изменению обмена клетки, и в результате будет получен интерферон, по своим характеристикам соответствующий введенному гену.

А можно его получить, выращивая культуры клеток того же человека. Это довольно трудоемкий процесс, потому что животные клетки в отличие от растительных очень капризны и требовательны к среде. Растительные же клетки пока непригодны для получения человеческих гормонов.

Что касается субклеточной инженерии, то эти работы ведутся еще только в передовых лабораториях мира.

Конечные продукты при генетико-инженерных манипуляциях можно получить иные, чем в природе. Иногда аналогов их в природе вообще нет. В природе нельзя смешать различные виды. Например, нельзя получить гибрид человека и растения. А на основе генетической и клеточной инженерии, путем слияния клеток, все это сделать возможно.

Пока работа идет с единичными генами. Излюбленные объекты для исследования — некоторые разновидности кишечной палочки, широко распространенной в природе бактерии. И эти самые обычные в генетической инженерии объекты нежизнеспособны в окружающей среде, они не выживают в кишечнике человека.

Для проверки проводили очень простые опыты. Добровольцы выпивали несколько миллиардов особей кишечной палочки К-12, полученной методами генной инженерии. Через несколько дней оказывалось, что этой бактерии в кишечнике уже нет — она не выдерживала конкуренции с бактериальной флорой, населяющей кишечник человека. В принципе можно работать с любыми другими микроорганизмами. Однако осторожность должна всегда соблюдаться. Хотя мне думается, что опасения относительно генетической инженерии были с самого начала сильно преувеличены, особенно в США. На патогенные микроорганизмы нельзя смотреть как на какие-то неудачные творения природы. Это в высшей степени совершенные существа в бактериальном мире. И поэтому нельзя получить патогенную форму слепым применением генетико-инженерных манипуляций. Такая форма может быть создана в результате кропотливой и целенаправленной работы. Случайность здесь исключена...

Я много говорил о тех новых сторонах биологии, которые появились в ней в нынешнем веке. А как обстоит дело с ее классическим наследием, например с известным всем нам еще со школьной парты эволюционным учением?

Эволюционное учение, основоположником которого был Чарльз Дарвин, играет огромную роль и сейчас. Конечно, под влиянием современных знаний оно стало намного глубже, богаче. Но, подчеркиваю, силы своей эволюционное учение не утратило. Это одно из фундаментальных учений, адекватно отражающих процессы, протекающие в природе.

Последние годы, однако, теория Ларвина находится под прицельным огнем нападок не только со стороны консервативных сил, но и лженоватороов в науке.

Прежде всего напомню, что с момента появления эволюционной теории Дарвина разгорелась острая борьба вокруг нового учения. И основную роль в ней играла церковь. Она боролась за свои воззрения на виды животных и растений, как «богом созданные» неизменные, против основного положения теории Дарвина о естественном отборе. Сейчас эту борьбу против цинизма с новой силой начали религиозные организации, особенно в США. Вновь поднимается на щит библейский миф о сотворении мира, вновь, опираясь на пробелы в доказательствах эволюционной теории, говорят об участии сверхъестественных сил в возникновении и развитии живого мира. Все это давно отвергнуто здравомыслящими людьми, но, например, в США, в Сан-Диего (штат Калифорния) серьезно рассматривается под эгидой «науки». Здесь создан для этого специальный Институт креационистских (от латинского creatio — сотворение) исследований. Я читал книгу его директора доктора Мориса. Она называется «Сотворение мира. Научный подход». Основная идея автора: мир — это акт сверхъестественного творения. Основные аргументы — недостаточная доказательность отдельных положений теории Дарвина. Это обычные спекуляции на науке, а не сама наука.

Есть возражения против эволюционных воззрений Дарвина и в среде более серьезных исследователей. В прошлом году, например, в США состоялась международная научная конференция по теории эволюции. На ней утверждалось, что представления о мутациях и дарвинском отборе годны только для объяснения развития в пределах малых сообществ организмов, в пределах популяций, но они не способны объяснить возникновения семейств и более крупных таксономических единиц. Ссылались при этом на палеонтологические данные, которые якобы свидетельствуют о длительном (миллионы лет) существовании видов, которые затем неожиданно исчезают, и на смену им так же неожиданно приходят другие.

Авторы этих утверждений, видимо, не учитывают работ в области молекулярной генетики. Изучать эволюцию можно уже не только по ископаемым остаткам, то есть средствами палеонтологии, но и на молекулярном уровне. Например, можно установить генеалогию отдельных белков  и   проследить таким   образом   эволюцию   макромолекул, а не только целого организма.

Существенный интерес представляет и такой вопрос. Если время биологической эволюции три миллиарда лет, то хватит ли его для того, чтобы путем накопления малых изменений генетического аппарата получить все разнообразие высокоорганизованных существ, созданных фактически природой?

В последние годы установлены факты существования подвижных генетических элементов. Это довольно большие куски генетического аппарата, которые с определенной частотой могут перемещаться в пределах генома и приводить к крупным мутациям. Затем нужно принять во внимание то, что ген, как оказалось, представляет не сплошную последовательность ДНК, а перемежается со вставками, которые не имеют отношения к тому белку, который будет создан  на  этом  гене.

Таким образом, надо непредвзято относиться к новым и новым фактам, добываемым истинной наукой, а эти факты еще больше подтверждают фундаментальность   теории  Дарвина...

Роль биологии в общечеловеческой культуре многообразна. Каждый человек, кем бы он ни был: ученым, строителем, рабочим,— он все-таки живое существо. И многое в жизни не может быть правильно понято без учета биологической природы человека. Конечно, люди — социальные существа. Их интеллектуальный багаж, мировоззрение, нравственность формируются под влиянием общественных отношений. Но и биология человека накладывает свой отпечаток, определяя диапазоны его физических и интеллектуальных возможностей. Они, конечно, небезграничны, но и достаточно широки.

Огромен вклад биологии в мировоззрение современного человека. Достаточно сказать, что из недр биологии вышла идея развития, одна из фундаментальных идей прошлого и современности.

Когда человек приобщается к биологии, знакомится с поведением животных, законами развития растений и т. п., то его восприятие окружающего мира расширяется и углубляется, его внутреннее «я» становится полноценным и богатым. В конце концов, Земля — это мир, самый близкий человеку. Проследите внимательно, что сообщают нам из космоса наши космонавты. Они часто говорят, что смотрят на Землю. Мир человека все-таки Земля...

В наш век ошеломляющих открытий появляется и много сенсационных сообщений, которые зачастую становятся предметом не научного знания, а веры и суеверия. Это очень актуальный и острый вопрос. Сейчас усиленно пропагандируется, особенно на Западе, парапсихология,, телепатия, предвидение будущего, основанное на интуитивном предчувствии, психогенез. К парапсихологии и, как их иногда называют, пси-явлениям примыкает, увы, и представление о биологическом поле.

В этих областях можно встретить мистически настроенных людей и немало разных проходимцев. Например, в США в центре внимания долгое время был некий Ури Геллер, который якобы был способен останавливать часы на расстоянии и силой внушения гнуть ложки. Шум вокруг этой фигуры вызвал неудовольствие не только у ученых, но и у профессиональных фокусников. Они считали, что парапсихологи отбивают у них честно заработанный хлеб. Оригинальный способ борьбы с подобной конкуренцией изобрел Джеймс Рэнди, один из известных американских иллюзионистов. Он просто-напросто учредил «призы Ури». Один из них, например, присуждается лицу, высказавшему о парапсихологии самую большую глупость, другой — за исполнительское мастерство «экстрасенсу», который при наименьших способностях обведет вокруг пальца наибольшее число людей.

Неопределенность в оценке тех или иных псевдоявлений вносит, бесспорно, то, что в последнее время слишком много «открывают» необыкновенного. И естественно, возникает иллюзия, что нет ничего в природе невозможного. Я лично считаю, что это неправомерный взгляд на природные явления. Несомненно, природа поставила границы возможного, по крайней мере, в обитаемом нами мире.

В свое время в печати сообщалось об экспериментах итальянца Петруччи, которому якобы удалось вырастить плод человека в искусственных условиях. Все это оказалось недостаточно надежным и добросовестным и в историю науки не вошло. Пользуясь генетико-инженерными манипуляциями, в данное время нельзя создать даже самое простое существо. Наука пока оперирует отдельными генами, а всякое живое существо имеет законы регуляции деятельности генов в живом организме.

Эксперименты в биологии становятся все сложнее и сложнее. Основательно расширяется круг применяемых реактивов и препаратов, получение которых чрезвычайно трудоемко, хотя и производятся они иногда в граммах и даже миллиграммах. Вместе с тем должен отметить, что не всегда в биологии, как и в любой другой науке, нужны дорогостоящие установки и препараты. Иногда остроумные идеи, положенные в основу опыта, не требуют особенно —какого инструментального оформления. Возьмите опыты Менделя. Кроме семян душистого горошка и обычной лопаты, никаких реактивов и инструментов не было. Или опыты по гибридизации клеток, открывшие новую эру в клеточной биологии: кроме обычного микроскопа, существующего ш»чти четыре столетия, никакой аппаратуры   не   применяли.   Таких   фактов

много.

ЭТО особенно важно помнить нашим молодым коллегам в науке. Нужны ей в первую очередь. Без них наука развиваться не может.

Вклад молодежи в науку очень высок. Не могу не упомянуть, например, о работе моего ученика Андрея Дарьевича Мирзабекова из Института молекулярной биологии. Он занимается строением нуклеосом, входящих составной частью в элементарную структуру хромосом. Эти работы находятся на переднем крае мировой науки. И наша страна имеет здесь заслуженный приоритет.

В целом наша научная молодежь могла бы многое сделать в науке. Надо только дать ей больше свободы действий и инициативы. На мой взгляд, следует смелее выдвигать молодых людей непосредственно после 30 лет. Это тот возраст, когда молодой биолог уже прошел хорошую школу предварительной работы, когда есть и идеи, и физические, интеллектуальные силы. Ведь наука, особенно фундаментальная, требует от ученого мобилизации всех его, без остатка, сил.

Выдвигая молодых, мы не можем допускать того, чтобы они при этом уходили от лабораторного стола, занимались лишь руководящей научной работой, обрастали студентами, стажерами, аспирантами. Роль экспериментальной работы сейчас в науке, как никогда, высока. И опыт мировой науки показывает, что только тот достигает в ней вершин, кто сам непосредственно экспериментирует.