Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

ЮБИЛЕЙ ЛАМАРКА — ДАРВИНА И РЕВОЛЮЦИЯ В ИММУНОЛОГИИ

Юрий ЧАЙКОВСКИЙ, ведущий научный сотрудник Института истории естествознания и техники.

(Окончание. Начало см. «Наука и жизнь» №№ 2, 3, 4, 2009 г.)

ЧАСТЬ 4. ИММУНИТЕТ КАК ЭКОСИСТЕМА. ЧТО ВОЗЬМЁМ У КЛАССИКОВ?

Обеспечим библиотеки России научными изданиями!

23. Математика и самоорганизация

Системы, внутри которых связи нежёстки, подчиняются особой, квазигиперболической, статистике, непохожей на обычную, «гауссову». Именно такой системой является иммунитет, но далеко не только он — всё, что способно к самоорганизации, образует нежёсткие системы. Можно даже сказать так: где есть самоорганизация, там жди квазигипербол. И наоборот — где квазигиперболы, там ищи самоорганизацию.

«Дарвину и в голову не могла прийти мысль о существовании самоорганизации — недавно открытого природного свойства, присущего некоторым природным системам», — писал лет двадцать назад американский биокибернетик Стюарт Кауфман [1]. По его мысли, естественному отбору подвергаются не случайные мутации, а цельные системы — итог самоорганизации.

На самом деле об этом говорили давным-давно, ещё при Дарвине, и тогда же поняли, что это вовсе не дарвинизм: если отбор может работать только с готовой системой, значит, данную систему порождает другая сила. Когда её видят в самом организме, в его активности, то это ламаркизм, а когда привлекают какие-либо законы формообразования — это номогенез.

Кауфман этого не знал — на Западе номогенез как явление неизвестен (хотя книга Льва Семёновича Берга «Номогенез, или Эволюция на основе закономерностей» дважды издана на английском языке), там любят говорить лишь про ортогенез (развитие в данном направлении), а ламаркизмом именуют только наследование приобретённых признаков. Когда в 1920-х годах была открыта квазигиперболическая статистика, тогдашние дарвинисты дружно её отвергли на том «основании», что такие же распределения наблюдаются и вне биологии и, «следовательно», к биологии отношения не имеют. Это не было ново: ещё при Дарвине отмечено, что дарвинизм любит описывать подробности, начисто упуская суть явлений. Френсис Дарвин, сын Чарльза Дарвина, печально резюмировал раннюю критику так: «Всё, что получилось, свелось к целой куче подробностей».

Именно в этом направлении Кауфман совершил прорыв — сумел найти нужную для описания самоорганизации математику, общую для всех наук, и приложил её к дарвинизму (который, как уже сказано в начале части 1, в Америке не принято отличать от эволюционной науки как таковой). Что удивительно, Кауфман нашёл способ извлечь феномен самоорганизации из феномена хаоса: он обнаружил самоорганизацию на хвостах квазигипербол. Концепция Кауфмана имела тогда большой успех у биологов.

Основная идея Кауфмана состоит в том, что сложные системы можно поделить на два класса — «газообразные» и «твёрдые», то есть на хаотические и упорядоченные (на «облака» и «часы», как выразился ещё до него Поппер). При этом между классами возможны переходы — система может как обрести жёсткую структуру, так и утратить её. Именно при таком переходе система и может совершить акт эволюции, то есть качественно измениться.

Его модель совершенно абстрактна, она не имитирует никакой биологический объект, а лишь демонстрирует роль необычной случайности. Кауфман привёл компьютерные примеры, показавшие, что система из многих тысяч связанных функционально элементов может быть довольно просто описана. А именно: она может обладать совсем небольшим числом устойчивых состояний. Для этого нужно, чтобы элементы системы были слабо связаны, то есть чтобы каждый имел мало (лучше всего — два) «входов» и примерно столько же «выходов». Но ведь слабая связность как раз и есть основное свойство объектов квазигиперболической статистики.

Подвижка системы от организованности к хаосу или обратно, с точки зрения физика, есть фазовый переход. Точнее, её можно сравнить с возгонкой и осаждением, то есть с прямым переходом твёрдого тела в газ и обратно.

Добавлю, что яркий пример второго процесса даёт осаждение кристаллов льда из воздуха, образующее снежинки в пространстве и морозные узоры на плоскости (стекле окна). И то и другое поражает зрителя своим разнообразием, а разнообразие — один из главных объектов исследования биологии.

Рассмотрим сперва снежинки (рис. 1). Чаще всего они принимают форму плоского дендрита (ветвящейся звезды), который мы в обиходе и называем снежинкой. Никогда не было обнаружено двух одинаковых дендритов. Изредка (при некоторых значениях температуры, влажности и давления) образуются иглы, пластины, пирамиды и прочее. В основе их форм — симметрия кристалла льда. Этот кристалл имеет форму шестигранной призмы, то есть его боковые грани прямоугольны (рис. 2). Поэтому на самом деле обычная снежинка — это очень тонкая призма. При некоторых условиях замерзания получаются более толстые призмы, так что снежинка может принять форму короткой колонны; возможны мелкие изъяны лучей и как бы склеивание двух половинок звёзд (см. «Наука и жизнь» № 12, 2005 г.).

Но если в строении единого кристалла главное — заполнение пространства (замерзание сплошной массы воды даёт сплошную кристаллическую массу льда), то замерзание пара и микрокапелек идёт путём роста кристаллов в почти пустом воздушном пространстве и потому даёт массу отдельных снежинок, каждая из которых устроена по-своему. Мы видим, что хоть они и весьма различны, но поддаются классификации (см. таблицу).

Удивительно, что обычно дендриты имеют примерно одинаковый размер порядка миллиметра. Что мешает снежинке, пока она свободно падает, расти и расти дальше? Конечно, рано или поздно она сломается, но на снежинках нет следов поломки — каждая предстаёт завершённой симметричной формой именно данного конкретного размера. Ещё удивительнее, что эта симметрия одинакова во всех частях снежинки. Если дендриты столь различны и растут в свободном пространстве, то что мешает разным лучам одного дендрита расти по различным законам? Например, иметь один луч ветвящимся, а другой — в виде пластины? Очевидно, что в снежинке, как целостной системе, идёт какой-то процесс самоорганизации, вскоре завершающийся.

То же удивление, только в большем масштабе, возникает при изучении морозных узоров. Морозный узор возникает на внешней плоской опоре, а значит, имеет свободу роста не в трёх, а только в двух измерениях. Он замечателен тем, что являет собой крупную картину, рисуемую неведомой рукой по единому правилу. В этом правиле нет заметной симметрии, зато давно отмечено другое его свойство: каждая картина похожа на какое-нибудь растение.

Полвека назад биолог-теоретик Александр Александрович Любищев провёл у себя в Ульяновске поучительный опыт. Он сфотографировал несколько морозных узоров, показал снимки коллегам и затем писал: «Один из рисунков квалифицированный ботаник принял за фотографию чертополоха, в других — очевидное сходство с ... листьями пальмы, корневищами растения с отходящими от него листьями, подобием мхов и лишайников». Узор формируется не в результате приспособления к среде и не как следствие истории развития, а по законам осаждения твёрдых тел из пара. Аналогично и в живом веществе должны, по Любищеву, играть роль собственные законы образования форм. Их и следует искать. Об этих законах поговорим далее, а пока замечу, что разнообразные снежинки — это различные устойчивые состояния того порядка, который образуется из хаоса (здесь — из охлаждаемого пара), то есть различные формы фазового перехода, по Кауфману.

Кауфман писал: «Хаос, как бы он ни был интересен, — это лишь часть поведения сложных систем. Существует также не поддающееся интуитивному осознанию явление, которое можно было бы назвать антихаосом. Оно выражается в том, что некоторые весьма беспорядочные системы спонтанно “кристаллизуются”, приобретая высокую степень упорядоченности. Я полагаю, что антихаос играет важную роль в биологическом развитии и эволюции».

Антихаосом он назвал феномен устойчивости немногих состояний, а эволюцией — смену таких состояний. Её он усмотрел на грани порядка и хаоса: «Высокохаотичные сети будут настолько беспорядочными, что контролировать их сложное поведение весьма трудно. С другой стороны, высокоупорядоченные сети слишком заморожены, чтобы координировать сложное поведение. Однако по мере того, как замороженные компоненты расплавляются, становится возможной более сложная динамика» и онтогенеза, и эволюции. Нам важно отметить, что в схеме Кауфмана наблюдается конечное число устойчивых вариантов развития и эволюция предстаёт как смена режимов такого развития. В биоэволюции это и называют номогенезом.

24. Номогенез снежинок и организмов

Итак, обычно снежинка имеет почти идеальную 6-гранную или 6-лучевую (редко 3-гранную или 12-лучевую) плоскую симметрию. Тот факт, что каждый луч растёт той же формы, что и его братья, ясно говорит о наличии общей программы развития. В чём она состоит, где и каким кодом записана, каким образом распределяется по шести лучам одинаково? Каким механизмом этот код реализуется в тело снежинки? Ответы мне не известны, однако того факта, что программа есть, вполне достаточно, чтобы обрисовать задачи биологического номогенеза в его нынешнем понимании.

Как показало исследование, на первых стадиях роста снежинки из центра конденсации (на пылинке или микрокапле в атмосфере) возникают структуры всего нескольких типов — игла, столбик, пирамида, пулька и др. Первые стадии развития для всех снежинок типа пластины или дендрита совершенно одинаковы — от «точечного» центра конденсации до призмы (рис. 2). Это очень похоже на ситуацию в биологии: по первым стадиям развития зародыша определить облик будущего организма невозможно — он выявляется только тогда, когда появляются зачатки органов.

Ещё большее сходство с развитием организма являет морозный узор. Картины его тоже неповторимы. Например, на рис. 3 видим нечто вроде снимка заснеженной заросли сорняков на краю огорода. Каждая «ветвь» не просто растёт на десятки сантиметров от своего центра кристаллизации, но и образует «листья» — все одного типа.

Считается, что у организма всё закодировано в его геноме. Но уже известно, что генов для создания наблюдаемого разнообразия никак не хватит. И даже некодирующих участков ДНК не хватит — их число у человека меньше миллиарда, а число одних лишь связей между нейронами — триллион. Это несоответствие приводит в отчаяние, пока не узнаешь, что в снежинках и оконных узорах великолепное огромное разнообразие создаётся вообще без генов.

Следовательно, в каждом из этих случаев работает какой-то механизм, порождающий бесконечно разнообразные большие структуры из однообразных крохотных. Этот механизм известен уже более 30 лет как фрактальный рост. О нём много написано (в частности, см. книгу «Активный связный мир» [2], а также: «Наука и жизнь» № 5, 2001 г.), и здесь скажу одно: фрактальный механизм способен порождать крупные закономерно устроенные формы из микроскопических зародышей таким образом, что малое изменение фракталообразующего правила может вызывать радикальное изменение крупной формы, не нарушающее её единства как целого. Так, ничтожная разница в зародыше из первых молекул воды, налипших на пылинку, ведёт к появлению совсем разных форм снежинки, причём изменение одинаково проявляется на всех её лучах. То же — с морозным узором: из-за ничтожного различия центров конденсации один узор смотрится (по всей его длине!) чертополохом, другой — папоротником, третий — пальмой.

В биологии сходные переключения процесса развития именуются гомеозисом. Суть его в том, что из-за мутации одного гена онтогенез может резко измениться — например, у дрозофилы на месте усика вырастет добавочная ножка или на месте жужжальца — добавочное крылышко. Гомеозис открыт ещё в 1894 году, но подробно его впервые исследовала генетик Е. И. Балкашина, сделавшая, между прочим, в 1928 году важное наблюдение: все четыре известных тогда гомеозисных гена дрозофил сидят рядом, на одном коротком участке третьей хромосомы. Она отметила, что гомеозисная мутация не только порождает уродливый орган, но и видоизменяет другие органы (в наших терминах — как бы меняет фракталообразующее правило), и сделала вывод, что эти гены ответственны за переключение соответственных стадий онтогенеза.

Через полвека молекулярная генетика не только подтвердила догадку Балкашиной, но и выявила поразительную общность гомеозиса: все его гены имеют в начале участок (гомеобокс), почти или совсем одинаковый у самых разных организмов — цветковых растений, червей, мух и позвоночных. Сходны и их функции. Один из таких генов определяет закладку передне-задней оси зародыша (такая ось есть и у листа), другой — закладку головы животных, третий — закладку глаза и т.п. Подумайте: организмы устроены совершенно различно (например, насекомые имеют внешний хитиновый скелет и фасеточный глаз, а позвоночные — внутренний костный скелет и камерный глаз), а управляются одинаковыми генами.

Эмбриологи были поражены, мы можем поразиться вместе с ними, но важнее вспомнить, что через 20 лет такой же сюрприз преподнесла иммунология, обнаружив фундаментальное сходство иммунитетов у совершенно различных организмов (см. часть 2, «Наука и жизнь» № 3, 2009 г.). В частности, у растений и различных животных оказался одинаковым механизм разрушения микробных стенок посредством антимикробных пептидов. «Особенно непонятно, а некоторым учёным кажется даже мистикой, что пептиды… никогда не поражают клетки “хозяина”» (см. О. Белоконева. «Иммунитет в стиле ретро». «Наука и жизнь» № 1, 2004 г.). Равнодушными остались лишь два клана пишущих — креационисты и дарвинисты. Им, де, всё ясно: так сделал Господь (отбор). Не будем следовать им, а задумаемся — понятны ли нам сами основы живого?

25. Три пары рефренов

Не раз отмечено — самые что ни на есть разные жизненные структуры могут обладать удивительным сходством. Вот примеры. 1. Очень похожи глаза (в форме камер с линзами) у позвоночных, головоногих, некоторых пауков и (трудно поверить!) некоторых медуз. Причём у медуз нет мозга, способного принять зрительную информацию, а в чём тогда польза от глаз? 2. Совсем различные механизмы обеспечивают у самых разных организмов адаптивный иммунитет, и польза от него видится многим учёным столь же сомнительной. 3. Совсем различные объекты вдруг начинают безудержно размножаться и вскоре от этого гибнут — таковы стая саранчи, чумная бацилла или раковая опухоль. Пользы им от этого тоже явно нет.

Однако если говорить не о пользе признаков, а о повторности явлений, то положение не выглядит столь уж безнадёжным. Регистрация повторности — первый способ упорядочения разнообразия, вспомним рефрены Мейена (часть 3, п. 22). Повторность — простейшая форма закономерности, а обнаружение закономерности — начало всякой науки. Объяснение приходит позже.

Так, в XIX веке математическая статистика родилась, когда было обнаружено сходство таких случайных величин, в природе которых не видно ничего общего. Например, они обладают устойчивостью средних значений: средний рост людей, средняя продолжительность жизни, средняя смертность от инфаркта, среднегодовая температура и т.д. меняются очень мало. Затем, в ХХ веке, возникла нужда создать две совсем различные статистики: одна — обычная — «гауссова», основанная на теории вероятностей и устойчивости средних значений, а другая — квазигиперболическая, где вероятностей и устойчивых средних величин нет, зато есть системная случайность. Только после этого разграничения статистик удалось выяснить природу различий самих явлений: оказалось, что первой статистикой описываются те явления, где основную роль играет независимость между случайными величинами, а второй — те, где обязательна нежёсткая зависимость величин.

В п. 22 уже сказано, что вторая статистика — это общенаучный рефрен. Теперь добавим: и первая — тоже рефрен, причём такой же общности. Можно сказать, что в статистической науке царит пара рефренов. Аналогично в иммунологии тоже царит пара рефренов. Первый рефрен: у позвоночных, беспозвоночных и высших растений независимо развился сложнейший врождённый иммунитет; второй: у птиц и зверей — ещё более сложный адаптивный иммунитет. Пары рефренов в науке обычны, и поищем третью, нужную нам пару.

Не раз отмечено, что единственный рисунок в «Происхождении видов» — ветвящееся древо, коим Дарвин изобразил воображаемый процесс расхождения признаков, различающих расы. Этот процесс он отождествил с происхождением видов и на этом схему завершил. А его старший друг, геолог Чарльз Лайель, заявил, что таким же образом можно объяснить и происхождение родов. Заявление привело Дарвина в большую радость («как глоток спиртного» — писал он). Никакого примера образования нового вида или рода таким путём Дарвин и Лайель не привели, на что критики конечно же указали. Дальнейшее хорошо известно: в 1866 году германский зоолог Эрнст Геккель изобразил в виде воображаемого древа всю эволюцию — как животных, так и растений — от одноклеточного предка. И доводов вскоре никто уже не спрашивал, поскольку дарвинизм стал аксиомой.

От древа Геккеля все давно отказались, но сам принцип древа господствует (под именем филогенетики). Поскольку древом выглядит и многое другое — схема роста клона клеток (как в онтогенезе и в иммуногенезе, так и в раковой опухоли) и любого роста численности, то неизбежен вопрос: есть ли во всём этом некий общий смысл? Оказывается, есть.

Всякое развитие есть направленный ряд, и, если направленные ряды проявляют существенное сходство, это, как мы уже знаем, рефрен. Как видим, дарвинизм фактически предложил описывать эволюцию тем же рефреном, какой уже успешно работал при описании развития организма путём деления клеток (онтогенеза). Вот откуда пафос клонально-селекционной идеи в иммунологии. И, что важно, естественный отбор тут ни при чём — его иммунологи привлекли позже, когда сочли главным процессом деление иммунных клеток (а не их взаимодействие). Нам осталось понять, где рефрен-древо реален, а где вымышлен (и где, следовательно, должны работать какие-то другие рефрены).

При такой постановке вопроса ответ легко виден: рефрен-древо реален там, где объекты исследования только расходятся, но от него надо отказаться там, где объекты не только расходятся, но и сливаются; иначе говоря — там, где вместо древа мы видим сеть. Слияние очевидно на уровне организмов — в половом процессе и в горизонтальном переносе генов. Труднее увидеть слияние объектов в экологии, но и там оно имеет место: ведь экосистемы развиваются не делением, а проникновением друг в друга. Выходит, что кроме рефрена-древа биологам необходимо рассматривать ещё и рефрен-сеть. Вот искомая третья пара рефренов.

Все три пары сходны в одном: и обыденный опыт, и наука заняты в основном одним членом каждой пары и почти не видят другого, и это сильно мешает как науке, так и практике. Статистика царит «гауссова», иммунология — «адаптивная», биология — «древовидная». Рефрен-древо аккуратно описывает приведённую выше тройку — стаю саранчи, чумную бациллу и раковую опухоль. Кроме этих (и подобных им) объектов рефрен-древо не описывает ничего аккуратно, ибо элемент сети можно обнаружить всюду.

Поняв это, можно перейти к наглядному описанию нынешнего понимания иммунитета — для этого удобно отложить на время аналогию его с эволюцией «по Дарвину» и воспользоваться аналогией иммунитета с экологией.

26. Экология иммунного мира

Если становление иммунной системы в онтогенезе можно выразить в форме нескольких связанных между собой процессов клонального роста, то иммунную систему в действии лучше всего представить как экосистему.

Рассмотрим рис. 4. Как видим, все изображённые иммунные клетки клональным способом производятся из клеток одного типа — стволовых кроветворных. Какую форму примет данная иммунная клетка, зависит от условий: куда она попадёт и в какой момент жизни организма это случится. Наоборот, возникнув и развившись, иммунные клетки действуют совместно, сообразно своему назначению (а не своим наследственным свойствам — они у всех у них одинаковы). Это похоже чем-то на жизнь общества или на экосистему.

Проще всего понять с экологических позиций работу фагоцитов: они пожирают те вещества и клетки, которые опознаны как негодные или вредные. Это опознание ведут две системы: сперва врождённый иммунитет, а затем включается и адаптивный — поэтому идёт оно в две стадии. Их связь обеспечивают некоторые фагоциты (моноциты), выделяя вещества, оповещающие адаптивную систему о проникновении заразы. Это — первый экологический аспект работы иммунитета (внутренний).

Обе системы используют комплекс тканевой совместимости (КТС). Его роль понять труднее, и она не вполне ясна до сих пор (об этом см. часть 3). Во всяком случае, следует отвергнуть прежнее мнение, что он опознаёт неработоспособную молекулу белка с целью её ликвидации, — по коротким фрагментам сделать это невозможно. Они могут нести лишь функцию опознания.

Стоит обратить внимание на то, сколь удивительно (по сути дела) сходство иммунных процессов опознания, протекающих в самых разных клетках, несмотря на то, что различие клеточных органелл и макромолекул, участвующих в опознании, радикально (рис. 5). Такое различие не позволяет вывести эти процессы из общего предшественника — они явно произошли порознь. Сходство их состоит в том, что в каждом из них распознаваемый фрагмент молекулы активно проводится через распознающую клетку, выставляется на её противоположной стороне, где активно используется «Т-хэлпером». Передача сигнала об инфекции похожа на передачу сигнала об опасности между организмами. Подобные формы активности не раз побуждали иммунологов сравнивать КТС со службой безопасности — см. например, высказывание В. А. Черешнева («Наука и жизнь» № 10, 2004 г.).

Внутренний аспект многопланов. Так, похож на работу общества тот факт, что В-клетка (на свойствах В-клеток строил свою концепцию Бернет) активируется, то есть получает способность производить нужный тип антител вовсе не благодаря случайной мутации, а в силу помощи клеток, получивших информацию об антигене. Это — Т-хэлперы, изображённые на рис. 4, и многие другие клетки (рис. 6), участие которых в активации В-клетки доказано (но информационная роль которых в этом процессе ещё далеко не выяснена). Ничто из этого в годы работ Бернета не было известно, так что его увлечение клонами можно понять, но в наши дни ясно, что тайна возникновения специфичности антител существует и скрыта именно во взаимодействии клеток иммунной системы.

Второй экологический аспект — пограничный. В начале части 3 мы говорили, что проникновение микроба в организм сталкивает на границе (кожа, слизистая оболочка, рана) два иммунитета, две активности: микроб пробует проникнуть, жертва пробует не пустить, и оба используют иммунные приёмы.

Третий экологический аспект — внешний. Такова работа обоняния: животное узнаёт КТС-пептиды, исторгнутые из других организмов, обнюхивая их самих и их отходы. Это позволяет решать иммунные по существу задачи — избегать как опасностей, так и инбридинга (родные братья и сёстры пахнут сходно). Замечательно недавнее открытие: обонятельная система использует для своей работы молекулы своего КТС [3].

Четвёртый экологический аспект — общий (или, как теперь любят говорить, системный). Животные питаются, поэтому их иммунитет должен одновременно и бороться с заразой, и обеспечивать сосуществование с нужными ему микробами кишечника, и распознавать чужие молекулы, попавшие туда с пищей. Всякий организм поедается, а значит, для кого-то безвреден.

Недавно оренбургский патофизиолог А. П. Малышкин выступил со смелой гипотезой: как раз противоречие этих задач и есть основной источник заразных болезней, ибо организм обязан уметь поглощать нужные микробы и уметь с ними сосуществовать (в частности, быть пищей) [4]. Малышкин уверен, что патогенность не может быть целью эволюции бактерии, поскольку снижает её выживаемость — обычно популяция бактерий гибнет вместе со своей жертвой (а чумная бацилла гибнет всегда, так как неспособна жить при температуре ниже 36°С). Эта уверенность, как мы знаем, справедлива лишь с позиций дарвинизма и других концепций, видящих в приспособлении единственный приём и единственный итог эволюции. С этих позиций не видно решения загадки происхождения и процветания смертельных инфекций, и Малышкин, сам того не замечая, переходит от принятого им дарвинизма к идеям ламаркизма и номогенеза.

А именно, он признаёт как собственную активность иммунной системы — поглощение нужных микробов, которое осуществляют имеющиеся в слизистых оболочках особые М-клетки (рис. 7), так и её упорядоченность (которую, по существу, рассматривает как рефренную). Он вполне справедливо полагает, что смертельные инфекции не являют собой особого случая, что поэтому теория иммунитета должна быть общей для всех инфекций, а чуму и т.п. надо рассматривать как некую патологию иммунного процесса. Сам же данный процесс у Малышкина — вполне экологический, и, между прочим, эпидемия для него — такой же выход экосистемы из-под контроля, как нашествие саранчи или (в организме) раковая опухоль.

Начал Малышкин с того, что напомнил про таинственный видовой иммунитет. Состоит он в том, что довольно близкие виды могут не болеть болезнями друг друга. Человек и грызуны подвержены чуме, однако человек, собака, свинья, лошадь, корова и баран имеют каждый свою форму чумы. Холерой вообще болеет только человек. Среди бедствий крупных эпидемий всегда находятся люди неболеющие, даже если они тесно общаются с больными, а прежде с данной болезнью не встречались. Всё это навело Малышкина на мысль, что патогенность — побочное свойство микробов. А что главное?

Для него «функцией иммунной системы является не “слепое” уничтожение всего чужеродного…, а стабилизация инфекционного процесса, предотвращение его перехода в инфекционное заболевание». Как это достигается? Тут он обращает внимание на поразительное соответствие бактериальных ядов и тех рецепторов организма, которые призваны их распознавать. Автору ясно, что при этом можно представить себе заболевание как ошибку в иммунном распознавании, но непонятно, откуда берётся сама патогенность, губящая популяцию микроба. Он лишь привёл то соображение, высказанное до него, что яды и метаболиты (нормальные участники обмена веществ) настолько сходны по строению, что «могут вмешиваться в процессы метаболизма».

Мне остаётся напомнить сказанное в п. 25: понимание не всегда может достигаться в терминах приспособления, иногда приходится привлекать феномен повторности (рефрены), о чём, в сущности, и ведёт речь Малышкин. В данном случае суть дела в том, что опаснейшая бацилла Yersinia pestis (возбудитель чумы человека и многих грызунов) имеет общий с остальными десятью видами рода Yersinia (из них девять незаразны для людей) ген YopJ, ответственный за её проникновение в клетку млекопитающего [6]. Поскольку почти ко всем видам рода Yersinia у человека есть видовой иммунитет, его иммунная система легко может здесь ошибиться и пропустить чуму.

Ещё одна загадка видового иммунитета — в ВИЧ-инфекции (СПИД). Пандемия СПИДа радикально отлична от всех предыдущих тем, что она не склонна затухать, а лишь нарастает вот уже четверть века. Эпидемиолог М. В. Супотницкий уверен, что люди потеряли видовой иммунитет к СПИДу и что это — акт экосистемной эволюции, способный убить человечество. «СПИД-пандемия не является отдельной самостоятельной пандемией, вызванной проникновением… вируса. Она “верхушка” более сложного природного явления — эволюционного процесса, который представляется нам в форме инфекционного» [7]. Если так, то понимание эволюционной роли иммунитета — главная и самая срочная задача, важней, по-моему, всех нынешних кризисов.

27. Не будем забывать классиков

Сказанное может создать у читателя впечатление о полном поражении идей Дарвина и блестящей победе идей Ламарка, но это не вполне так. Конечно, основное поле зрения Дарвина (мелкая внутривидовая изменчивость, на которую действует отбор) было слишком узко, так что о собственно эволюции он не смог сказать ничего существенного, и все позднейшие утверждения о наличии у него цельной теории эволюции ни на чём не основаны. Печальная фраза Френсиса Дарвина о «куче подробностей» остаётся в силе, только в описаниях этих подробностей признаки организмов уступили место признакам молекул.

А Ламарк смог сказать для своего времени главное: различил основные формы активности — приспособление и прогресс. Главное потому, что одним приспособлением эволюцию объяснить не удалось — ни тогда, ни позже.

Однако Дарвина забывать отнюдь не следует. Его книги отражают те вечные свойства людского мышления, которые можно усмотреть на всех этапах развития науки, по крайней мере европейской. Одно из них — постоянное обращение к идее отбора. Пусть эволюции путём естественного отбора (путём преимущественного размножения полезных уклонений) никому найти не удалось, но мысль самых различных учёных то и дело возвращается к тому тезису, что ныне живущие организмы чем-то лучше тех, кто вымер.

Этот тезис фактически давно воспринимается сам по себе, без апелляции к размножаемости. Зачинателями такого подхода были замечательные русские учёные С. А. Рачинский, первый переводчик Дарвина, и А. А. Богданов, основатель общей теории систем. Оба применяли термин «подбор», каковой используется и в моей книге [3]. В отличие от естественного отбора (natural selection), подбор (по-латыни — delectus; по-англ. — choice, self-assembling, tektological selection) мыслился и мыслится как итог самоорганизации.

И есть пункт, в котором Дарвин ушёл далеко вперёд от Ламарка, — это вопрос о роли случайности в эволюции. Пусть Дарвин её роль и преувеличил, но Ламарк не увидал её вовсе, а мы теперь знаем, что эволюцию стоит ожидать именно на грани порядка и хаоса (см. п. 23).

Прогресс мы ныне в целом понимаем не по Ламарку (как приближение к человеку), а шире. Как уже было сказано, сложность «низших» организмов может быть намного выше сложности «высших» — смотря как мерить сложность. Например, у низших рачков, именуемых полифемами, половая структура (три пола) и общественное поведение куда сложнее, чем у любых позвоночных (см. Л. Буторина. Сложная жизнь полифема. «Наука и жизнь» № 11, 2007 г.). Зато в пределах подтипа позвоночных понимание прогресса довольно близко к Ламаркову: направление от «низших» к «высшим» известно, никем не оспаривается (рыбы → амфибии → рептилии → птицы → звери → человек) и выражается прежде всего в повышении интеллекта. Естественно искать связи их поумнения с усложнением иммунитета, что выше и было сделано.

До недавнего времени не было сведений о каком-то особом характере иммунитета людей, но Супотницкий обращает внимание на то, что особую роль в эволюции нашего иммунитета играли транспозоны. По-моему, и появление интеллекта тоже следует связывать, кроме иммунитета, с транспозонами, доля которых особенно высока именно в геноме людей. Для обоснования или отвержения этой гипотезы нужны новые исследования.

Как мы видели, кроме ламаркизма в новом эволюционизме велика роль номогенеза — не столько книги самого Берга (она играет примерно ту же роль, что «Философия зоологии» и «Происхождение видов»: её почитают, но не читают), сколько концепции рефренов. Особенно, по-моему, важны такие рефрены, как квазигиперболы и параллели иммунных процессов.

28. Заключение

Итак, на грани веков снова, как и сто лет назад, произошёл прорыв в понимании устройства природы. Теперь это — понимание места иммунитета в биологии, заставляющее строить новую теорию биоэволюции, и понимание места тёмной энергии в космологии, разрушающее привычное понимание роли гравитации (Л. Ксанфомалити. Тёмная энергия. «Наука и жизнь» № 5, 2005 г.). Тёмная энергия — это форма активности (а именно активности физического вакуума), форма, о которой стало известно всего десять лет назад. Последует ли за этим и прорыв в понимании эволюции мира? Ведь понимание макро- и микромира обычно идёт вместе.

Свидетельств иного, нежели принято думать, устройства сил природы накопилось в биологии тоже много. Самое время понять, что активность живого — это целый ряд форм активности материи, что он продолжает тот ряд, который известен из наук о неживой природе. Но если живая материя активна во всём, на всех уровнях, естественно ожидать и её активности на уровне наследственной изменчивости. Однако полтора века царило убеждение, будто на этом и только на этом уровне материя пассивна (способна лишь на случайную болтанку). Теперь такое убеждение — анахронизм: открытия последних лет показали, что как гены, так и участки ДНК между ними изменяются активно по своим законам.

Статья была уже в производстве, когда иммунолог К. А. Лебедев любезно подарил мне свою книгу [8], трактующую иммунитет как экосистему. Он увлечённо описал мне ту невообразимо сложную цепь молекул («каскад»), какая выстраивается для того лишь, чтобы передать в ядро клетки сигнал о запуске синтеза молекул адаптивного иммунитета. Мы оба согласились, что налицо собственная активность генетической системы (добавлю — в смысле Ламарка).

Словарик к статье

В-клетки — клетки адаптивной иммунной системы, задача которых распознавать чужеродные молекулы (антигены) и вырабатывать антитела.

Пептиды — короткие (короче белков) цепочки аминокислотных остатков. Содержат до нескольких десятков остатков аминокислот. Многие пептиды обладают высокой биологической активностью, в том числе антимикробной (разрушают бактериальные оболочки), и тем самым служат агентами врождённого иммунитета.

Т-клетки — клетки адаптивной иммунной системы. Выполняют различные функции: активируют В-клетки (Т-хэлперы), регулируют активность иммунной системы, уничтожают неугодные клетки (Т-киллеры).

Транспозон — элемент генетической системы, способный перемещаться как целое внутри генома организма или между геномами. Содержит гены, необходимые для перемещения, концевые участки, обеспечивающие встраивание в хромосому, и участки ДНК, обеспечивающие его специфическую функцию. Появление транспозона на новом месте часто изменяет работу других генов и фиксируется в опыте как мутация. Эволюция происходит в значительной мере в результате обмена организмов транспозонами, то есть горизонтального переноса генов.

Литература

1. Кауфман С. А. Антихаос и приспособление // В мире науки, 1991, № 10.

2. Чайковский Ю. В. Активный связный мир. — М., 2008.

3. Харченко Е. П. Иммунное узнавание и иммунная привилегия // Иммунология, 2008, № 2.

4. Малышкин А. П. Некоторые вопросы инфекции и видового (наследственного) иммунитета // Иммунология, 2007, № 3.

5. Ярилин А. А. Клеточные основы мукозального иммунитета // Российский иммунологический журнал, 2008, № 1.

6. Zhou L. e.a. Yersinia YopJ inhibits proinflammatory molecule expression in human bronchial epithelial cells // Respiratory Physiology & Neurobiol. 2004, vol. 140, p. 89-97.

7. Супотницкий М. В. К вопросу о роли ВИЧ-инфекции // Энвайронментальная эпидемиология (журнал, Киев). 2007, № 1.

8. Лебедев К.А., Понякина И.Д. Иммунология образраспознающих рецепторов (интегральная иммунология). —М., 2008.


Случайная статья


Другие статьи из рубрики «Наука. Поиск истины»

Детальное описание иллюстрации

Елизавета Ивановна Балкашина (1899—1981), замечательная исследовательница, открывшая в 1928 году у дрозофил группу генов, ответственных за ключевые стадии онтогенеза (впоследствии у них был найден почти одинаковый начальный участок, названный гомеобоксом). Вскоре была арестована и в науку не вернулась.
Рис. 4. Типы иммунных клеток и их происхождение. Внизу — клетки системы свёртывания крови (мегакариоциты и тромбоциты). справа — В- и Т-клетки адаптивного иммунитета: Тx — Т-хэлперы (помощники, они активируют другие клетки), Тц — цитотоксические, то есть убивающие, клетки (иначе — Т-киллеры). Остальные изображённые на рисунке клетки относятся к клеткам врождённого иммунитета и клеткам-посредникам. Изображены не все типы клеток.
Рис. 5. В иммунных клетках происходит активный перенос антигена (показан на рисунке голубым цветом) сквозь клетку. Макрофаги поглощают антиген с помощью фагоцитарных или неспецифических рецепторов, B-клетки захватывают антиген с помощью иммуноглобулинов (Ig). Дендритные клетки используют для захвата пиноцитоз, то есть их клеточная поверхность обволакивает часть окружающей жидкости вместе с содержащимися в ней веществами. Но, несмотря на различие путей и молекулярных механизмов переноса для клеток трёх разных типов, итог одинаков: антиген, подлежащий опознанию в комплексе с молекулой КТС, появляется на другой стороне иммунной клетки.
Рис. 6. Современное представление о механизме порождения клона В-клеток. Как видим, до начала клональной стадии (внизу), приводящей к массовому производству антител, происходит сложный (и во многом ещё непонятный) обмен с Т-хэлперами (Тх) информацией о соответствующем антигене.
Рис. 7. Активный перенос антигена М-клеткой через слизистую оболочку. Антигеном (АГ) может служить и молекула, и вирус, и бактерия. В процессе участвуют Т- и В-лимфоциты, дендритные клетки (ДК) и макрофаги (МФ). ЭК – клетки эпителия.